快速学会一项分析-线性稳态热对流分析OS-T: 1085
本教程对钢管进行传热分析。
在开始之前，将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录中
管道内表面温度为60℃。外表面暴露在周围空气中，周围空气温度为20℃。通过求解线性稳态热传导和对流解，可以确定管道内的温度分布。
图1.所示模型展示
1、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件
1.启动HyperMesh。用户配置对话框打开。
2.选择OptiStruct，单击确定。这将加载用户配置文件。它包括适当的模板，宏菜单，和导入阅读器，将 HyperMesh 的功能缩减到与生成 OptiStruct 模型相关的功能。
2、导入模型
1.点击File>Import>Solver Deck。
您的选项卡菜单中会添加一个Import选项卡。
2.对于文件类型，选择OptiStruct。
3.选择文件图标。
打开一个选择OptiStruct文件浏览器。
4.选择thermal.Fem文件保存到工作目录。
5.单击Open。
6.单击导入，然后单击关闭，以关闭导入选项卡。
3、设置模型
3.1 创建Thermal Material 和 Properties
在创建component collectors之前创建 material和property collectors。
1.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Material。在实体编辑器中显示默认的MAT1材质。
2.对于名称，输入steel。
3.勾选MAT4前面的方框。
MAT4卡图像出现在实体编辑器中的MAT1下面。MAT1卡定义了各向同性结构材料。MAT4卡适用于恒热材料。MAT4使用与MAT1相同的材质ID。
4.在实体编辑器中为材质steel输入以下值。
[E]杨氏模量 2.1 x 1011Pa
[NU]泊松比 0.3
[RHO]材料密度 7.9 × 10-9kg /m
[A]热膨胀系数 1.0 × 10-5/°C
[K]导热系数 73W / m°C
[H]换热系数 40W / m2°C
图2.材质实体编辑器
一种新的材料，steel，就创造了出来同时包含结构和热性能。
5.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Property。在实体编辑器中显示一个默认的PSHELL属性。
6.对于Name，输入solid。
7.对于Card Image，选择PSOLID，点击Yes确认。
8.对于材质，点击 Unspecified > Material。
9.在 Select Material 对话框中，选择Steel，点击OK。实体钢管的属性被创建为3D PSOLID。材料信息与此属性相关联。
3.2 将材料和属性链接到现有结构
一旦定义了材料和属性，就需要将它们与结构链接起来。
1.在模型浏览器中，点击组件pipe，实体编辑器打开。
2.对于属性，单击Unspecified > Material。
3.在Select Property对话框中，选择实体并单击确定。
材质钢材现在自动链接到组件管。
4、应用热载荷和边界条件
在本练习中，热边界条件应用于模型并保存在预定义的 Load Collector spc_temp中。一个预定义的节点4679指定环境温度。预定义的节点集node_temp包含管道内表面上的节点。
4.1 在管道的内表面上创建温度
1.在分析页面，点击constraints。
2.转到创建子面板。
3.确保当前选择字段设置为nodes。
4.点击nodes>by sets。
5.选择node_temp，单击Select。
6.取消dof1、dof2、dof3、dof4、dof5和dof6前面的复选框，并验证输入字段是否设置为0.0。
7.将 Load type=设置为SPC。
8.单击create。
这将在内部节点上应用温度0.0。在下一步中，温度值被更新为60。
9.点击Card edit图标。
10.点击loads>by collector。
11.勾选spc_temp前的复选框，点击选择。
12.点击config=，选择 const。
13.单击type=，选择SPC。
14.单击编辑。
15.在D字段中，输入60.0。
16.点击返回三次，返回分析页面。
4.2 创建环境温度
确保spc_temp是当前 Load Collector 。
1.从Analysis页面，选择Constraints面板。
2.转到create子面板。
3.单击nodes >by id。
4.输入预定义节点4679的ID。
应该突出显示节点4679。
5.取消dof1、dof2、dof3、dof4、dof5、dof6前面的复选框，确认输入字段设置为0.0。
6.单击create。
7.点击 Card edit 图标。
8.选择loads 条目。
9.选择刚刚在屏幕上创建的ambient spc。
10.点击config=并选择const。
11.单击type=，选择SPC。
12.单击edit。
13.在D栏中，输入20.0。
创建温度边界条件，如下图所示。
图3.热边界条件
14.点击返回三次可返回分析页面。
4.3 创建CHBDYE表面元素
要创建表面元件来模拟固体管道和周围空气之间的热交换。一个预定义的元素集elem_convc，它包含了管道外表面的固体元素，用来定义表面元素。
1.点击BCs>Create>Interfaces。
2.名称输入convection。
3.对于Card Image，从下拉菜单中选择CONVECTION。
4.单击颜色，从调色板中选择一种颜色。
5.点击MID即可激活。
6.对于Material，点击Unspecified > Material。
7.在Select Material对话框中，选择steel ，点击确定。
创建一个 element group convection 和 free convection property PCONV。
8.对于Secondary Entity id，选择Elements。在建模窗口下出现一个面板。
9.点击元素旁边的切换按钮，从列表中选择faces 。
10.点击高亮显示的实体元素，从选择菜单中by sets选择。
11.选择元素集elem_convc并单击选择。
12.点击face nodes字段中的节点。
13.在实体元素的表面，面上选择4个节点，如下图所示。
图4.管道外实体元素上选定的曲面节点
14.在break angle =字段中，输入89.0。
15.单击add。
这将CHBDYE表面元素添加到外表面的固体元素上，遵循相同的边惯例，如下所示。
图5.管道外层的表面元素
16.点击返回到 Create group窗口。
4.4 将对流边界条件定义为Surface Elements
1.点击Card Edit 图标。
2.选择elem。
3.单击elems>by group。
4.勾选CONVECTION 前的方框，点击select。
5.点击config=，选择second4。
6.点击type=，选择CHBDYE4。
7.点击edit 并进入CHBDYE card image面板。
8.勾选CONV前面的方框。
9.点击TA1，输入环境节点ID4679，如下图所示。
图6.定义对流边界条件
10.单击返回三次可返回分析页面。
4.5 创建传热Load Steps
创建一个OptiStruct稳态热对流Load Steps，它引用 Load Collector spc_temp中的热边界条件。在Loadsteps面板中还要求梯度，通量和温度输出用于传热分析。
1.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Load Steps。
2.在实体编辑器中显示一个默认的loadstep 。
3.对于名称，输入heat_transfer。
4.点击Analysis type字段，从下拉菜单中选择Heat transfer (steady-state)。
5.对于SPC，单击Unspecified > Loadcol。
6.在Select Loadcol对话框中，选择spc_temp并单击OK。
7.勾选输出旁边的复选框。
8.在子列表中激活FLUX和THERMAL选项。
9.激活两个输出的FORMAT字段并选择H3D格式。
10.激活两个输出的OPTION字段并选择ALL。
THERMAL输出的FORMAT和OUTPUT字段可能会打开一个新窗口。点击窗口中的第一个字段，选择相应的值即可。
FLUX and THERMAL 也可以在分析页面上的控制卡面板中请求输出。
5、提交作业
1.从Analysis页面，单击OptiStruct面板。
图7.访问OptiStruct面板
2.点击Save As。
3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并为文件名输入thermal_complete，对于OptiStruct模型，.fem是推荐的扩展名。
4.单击Save，输入文件字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。
5.将导出选项开关设置为all。
6.设置运行选项切换为analysis。
7.将内存选项切换为 memory default。
8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。
如果作业成功，新的结果文件应该在thermal_complete. exe所在的目录中。Fem被写入的地方。thermal_complete.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。
6、查看结果
用OptiStruct软件计算稳态热传导分析的梯度温度和通量轮廓结果以及结构分析的应力和位移结果。HyperView将用于对结果进行后期处理。
1.从OptiStruct面板中，单击HyperView。
启动HyperView并加载结果。将出现一个消息窗口，通知已成功加载到HyperView中的模型和结果文件。
2.如果出现消息窗口，单击Close关闭该消息窗口。
3.在结果工具栏上，单击打开Contour 面板。
4.选择Result type 下面的第一个下拉菜单，然后选择Grid Temperatures(s).。
5.单击Apply。您可能必须使用轮廓面板中的Edit Legend来获取轮廓，如图8所示。这样就创建了网格温度的云图。
6.选择结果类型下面的第一个下拉菜单，选择Element Fluxes (V)。
7.单击Apply。
你可能需要在contour面板中使用编辑图例来获取云图。temperature and flux contour 图如图8所示。
图8.传热分析结果
