ANSYS 計(jì)算管道的案例
Ansys排水管道計(jì)算
Ansys排水管道計(jì)算
Ansys排水管道計(jì)算.txt
定制ANSYS工具條.txt
水灌內(nèi)流固耦合問(wèn)題Ansys實(shí)現(xiàn).txt
ANSYS計(jì)算土壤中管道溫度應(yīng)力算例
* 利用ANSYS計(jì)算土壤中管道溫度應(yīng)力
!* Example for thermal stress of a pipe inside soil with ANSYS
! 作者：陸新征，清華大學(xué)土木工程系
! Author: Lu Xinzheng Dept. Civil Engrg. of Tsinghua University
!* Feb, 15, 2006
!*
*SET,R1,5 ! 內(nèi)徑大小
*SET,R2,6 ! 外徑大小
*SET,L,20 ! 土體計(jì)算范圍
/prep7
!* 生成關(guān)鍵點(diǎn)模型
k,1001,0,0,
k,1,0,R1,
k,2,0,-R1
k,3,R1,0
k,4,0,-R2
k,5,R2,
k,6,0,R2
k,7,0,-L
k,8,L,-L
k,9,l,0
k,10,L,l
k,11,0,L
!* 生成線段
l,1,6
larc,1,3,1001,R1
larc,3,2,1001,R1
l,2,4
larc,5,4,1001,R2
larc,6,5,1001,R2
l,3,5
l,4,7
l,7,8
l,8,9
l,5,9
l,9,10
l,10,11
l,6,11
al,3,4,5,7
al,1,2,7,6
al,8,9,10,11,5
al,11,12,13,14,6
ET,1,PLANE42
!*
!* 混凝土材料
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,30e9
MPDATA,PRXY,1,,0.2
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
UIMP,1,REFT,,,
MPDATA,ALPX,1,,1e-5 ! 熱膨脹系數(shù)
!
展開 管道的熱固耦合計(jì)算及管道熱應(yīng)力分析!
一、案例簡(jiǎn)介
如圖1 所示的管道，水平管道長(zhǎng)度為150mm，直徑為24mm，豎直管道直徑為16mm，高度為50mm，分別距離左端面45mm 和95mm，整體管道壁厚為2mm。20℃的低溫水從左端的入口流入，流速為1m/s，50℃的液態(tài)水和80℃的液態(tài)水分別從豎直的管道流入，流速均為0.5m/s，冷熱水流混合后從右端流出，周圍的環(huán)境溫度為20℃。
圖1 管道結(jié)構(gòu)示意圖
二、設(shè)計(jì)思路
幾何模型建立
流體域網(wǎng)格劃分
Fluent 計(jì)算
溫度加載
穩(wěn)態(tài)熱分析
溫度加載
熱應(yīng)力分析
三、模型建立
在workbench 的工具箱中拖拽Fluid Flow（Fluent）、Steady-State Thermal 和Static Structural模塊進(jìn)入工作界面中，數(shù)據(jù)傳送關(guān)系如圖2 所示。
圖2 數(shù)據(jù)傳送關(guān)系
在SolidWorks 中建立相應(yīng)模型， 并轉(zhuǎn)化成ansys 適用的x_t 格式。
展開 管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響及管損計(jì)算！
大家都知道，管道是一種固體物，水是容易流動(dòng)的物質(zhì)，如果管道內(nèi)的水是流動(dòng)的，必定有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而“消滅”，也就是丟失了一部分水壓（或稱揚(yáng)程），這是客觀事物的反映，是水流運(yùn)動(dòng)的必然規(guī)律。通常，我們將這種能量轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，稱之為能量損失（或稱水力損失、損失揚(yáng)程）。它以米為計(jì)算單位。
管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響有多大？
有些用戶經(jīng)過(guò)測(cè)量，雖然蓄水池或水塔到水源水面的垂直距離還略小于水泵揚(yáng)程，但還是提水量小或提不上水。其原因常是管道太長(zhǎng)、水管彎道多，水流在管道中阻力損失過(guò)大。
一般情況下90度彎管比120度彎管阻力大，每一90度彎管揚(yáng)程損失約0.5-1米，每20米管道的阻力可使揚(yáng)程損失約1米。此外，有部分用戶還隨意更改水泵進(jìn)、出管的管徑，這些對(duì)揚(yáng)程也有一定的影響。那，管道阻力對(duì)揚(yáng)程的影響究竟有多大呢？下面，我們來(lái)看下方表格。
你是否清楚管道水流產(chǎn)生水力損失的原因？
一、是管壁粗糙的阻滯作用。
二、是水流各流層間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
三、是管件內(nèi)水流局部急劇變化形成的漩渦。管路（網(wǎng)）水力損失由沿程和局部?jī)刹糠纸M成。在工程上，我們必須要計(jì)算知道它的數(shù)量多少，才能正確地選用水泵，確定所需要的水泵揚(yáng)程。
管路沿程損失是發(fā)生在水流的全部流程上的摩擦阻力，它與管壁粗糙度、管長(zhǎng)、管徑、流速等有關(guān)，根據(jù)水力學(xué)原理，可以建立它的關(guān)系式。
沿程損失與管壁粗糙度有關(guān)的沿程摩擦系數(shù)成正比關(guān)系，不同的管材其粗糙度不同，鑄鐵管比較粗糙，沿程摩擦系數(shù)就大些；塑料管比較光滑，沿程摩擦系數(shù)就小些。與管子長(zhǎng)度成正比關(guān)系；與管徑成反比關(guān)系，就是說(shuō)，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑小、流速快，則沿程損失大；還與流速的平方值成正比關(guān)系。當(dāng)然計(jì)算比較繁瑣，簡(jiǎn)單的方法可以估算。
展開 
基于Actran的空調(diào)管道類氣動(dòng)噪聲計(jì)算及應(yīng)用
操作流程與3.1章節(jié)文章流程類似，計(jì)算過(guò)程中，CFD部分采用Fluent軟件，采用LES湍流模型求解管路瞬態(tài)流動(dòng)特征，網(wǎng)格采用六面體生成技術(shù)，兩個(gè)模型（帶格柵管道和不帶格柵管道）網(wǎng)格數(shù)分別為3,200,000和3,900,000，見下圖。
圖10. 帶格柵管道和不帶格柵管道網(wǎng)格
進(jìn)口邊界為，速度進(jìn)口，流速為20m/s；出口邊界為相對(duì)壓力出口，相對(duì)壓力為0，參考大氣壓為10325Pa；其他邊界為無(wú)滑移速度邊界，即定義為WALL。
瞬態(tài)計(jì)算前，先求解穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)，采用RANS湍流模型，目的為為瞬態(tài)計(jì)算提供初始流場(chǎng)，便于瞬態(tài)迭代；同時(shí)便于查看網(wǎng)格質(zhì)量及需要加密的區(qū)域。瞬態(tài)計(jì)算中，時(shí)間步長(zhǎng)為1e-4s，這個(gè)是由聲學(xué)計(jì)算的頻率范圍決定的，為了便于捕捉低頻特性，流體需要保存至少0.1s物理時(shí)間。
圖11. 不帶格柵速度（左）和壓力（右）分布圖
圖12. 帶格柵速度（左）和壓力（右）分布圖
聲學(xué)計(jì)算采用Actran軟件，分析頻率為3000Hz，按每個(gè)波長(zhǎng)4個(gè)二階單元來(lái)表示，最大的網(wǎng)格邊長(zhǎng)不能超過(guò)28mm。計(jì)算模型如下圖所示。模型包括聲源區(qū)、聲傳播區(qū)和無(wú)反射區(qū)。
圖13. 聲學(xué)計(jì)算模型
圖14. 260Hz和1550Hz聲源分布云圖
下圖為聲功率和聲壓級(jí)對(duì)比曲線，其中黑色虛線為帶格柵管道，藍(lán)色實(shí)線為無(wú)格柵管道。
圖15.
展開 【STAR-CCM+算管道壓降算例】圓管湍流壓降計(jì)算
四、求解器設(shè)置
湍流模型采用Realizable K-Epsilon Two-Layer模型，穩(wěn)態(tài)計(jì)算。壓力速度耦合采用Coupled算法。計(jì)算環(huán)境為STAR-CCM+ 2022.1.0 R8 Linux 64bit平臺(tái)，采用4核2.5GHz處理器計(jì)算。
五、計(jì)算結(jié)果
殘差曲線如下圖所示。共迭代1000次，整體殘差水平在1e-08以下。
進(jìn)口速度分布如下圖所示。
進(jìn)口和出口處速度的局部放大圖如下圖所示。
截面壓力分布如下圖所示。
管壓降Δp收斂曲線如下圖所示。
當(dāng)4000<Re<10e05時(shí)，由雷諾數(shù)可得出沿程阻力系數(shù)的近似估算，也可由莫迪圖查出。
得管壓降Δp
管壓降Δp的STAR-CCM+計(jì)算值與使用公式計(jì)算得出的結(jié)果對(duì)比如下表所示。
項(xiàng)目
壓力降Δp（STAR-CCM+）Pa
壓力降Δp（公式計(jì)算）Pa
誤差
值
3354.839
3007.293
11.557%
六、參考文獻(xiàn)
[1]張亮, 李云波. 流體力學(xué)[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2006.
文章來(lái)源：MarineCFD
展開 某鋼廠二棒線及二高線加熱爐長(zhǎng)路徑管道系統(tǒng)阻力計(jì)算 ￥15
本次模擬對(duì)象為某鋼廠二棒線及二高線加熱爐管道及除塵器，共2套系統(tǒng)：1）煤煙脫硫除塵系統(tǒng)；2）空煙脫硫除塵系統(tǒng)；煤煙系統(tǒng)中二棒加熱爐煤煙及2臺(tái)高線加熱爐煤煙共3路煙氣混合后進(jìn)入SDS脫硫除塵裝置，經(jīng)脫硫除塵后通過(guò)引風(fēng)機(jī)排放；空煙系統(tǒng)中二棒加熱爐空煙及2臺(tái)高線加熱爐空煙共3路煙氣混合后進(jìn)入SDS脫硫除塵裝置，經(jīng)脫硫除塵后通過(guò)引風(fēng)機(jī)排放。現(xiàn)采用CFD技術(shù)對(duì)上述兩套系統(tǒng)100%負(fù)荷及50%負(fù)荷時(shí)，各支管阻力、母管及脫硫除塵系統(tǒng)總阻力計(jì)算。
長(zhǎng)路徑管路建模分析時(shí)，管路幾何建模簡(jiǎn)化原則：保留關(guān)鍵特征（彎頭、閥門、變徑管），簡(jiǎn)化次要結(jié)構(gòu)（法蘭、小支管）。長(zhǎng)直管段可用等效粗糙度代替詳細(xì)幾何（節(jié)約計(jì)算資源）。
網(wǎng)格要求：近壁區(qū)網(wǎng)格y+≈30~300（壁面函數(shù)法）或y+≤1（低Re數(shù)模型）。彎頭、閥門處加密網(wǎng)格（邊界層至少3層），直管段可適當(dāng)粗化。
2、 計(jì)算模型及邊界條件
2.1 模型建立
根據(jù)圖紙進(jìn)行三維建模，含3路進(jìn)口管道及除塵器，模型如下：
圖1（a）煤煙系統(tǒng)三維模型
圖1（b）煤煙系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)面位置
圖2（a）空煙系統(tǒng)三維模型
圖2（b）空煙系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)面位置
2.2 邊界條件
計(jì)算參數(shù)如下，進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)口，各進(jìn)口速度見下表。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，壁面函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，固壁面設(shè)置為無(wú)滑移壁面，濾袋設(shè)定為多孔介質(zhì)邊界。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算及濕模態(tài)分析
而實(shí)際中，我們通常計(jì)算的結(jié)構(gòu)都是被流體“包圍”著，例如在空氣中行駛的汽車，周圍被空氣包圍著，在水中行駛的船，周圍被水包圍著，或者部分被水包圍著。
在不考慮車身周圍的空氣的影響下，我們計(jì)算的車身模態(tài)都是干模態(tài)，因?yàn)榭諝獾拿芏缺容^小，空氣對(duì)車身模態(tài)的影響比較小，我們可以把車身的干模態(tài)當(dāng)成車身在空氣中的濕模態(tài)，即忽略空氣的影響，誤差也不會(huì)太大。
而在水中行駛的船，由于水的密度比較大，水對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響比較大，如果忽略水的影響，那么計(jì)算出來(lái)的模態(tài)(干模態(tài))就與實(shí)際的船的模態(tài)誤差就很大，此時(shí)就必須考慮水的影響，計(jì)算濕模態(tài)。
濕模態(tài)分析實(shí)際上是在單向流固耦合計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對(duì)其進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，然后在此基礎(chǔ)上開展彎曲管道在流體作用下振動(dòng)模態(tài)分析。
單向流固耦合計(jì)算
工業(yè)管道系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)彎管。流體介質(zhì)流經(jīng)彎曲管道時(shí)，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生額外的應(yīng)力。
1
計(jì)算思路
眾所周知，CFD計(jì)算的目的是為了獲取計(jì)算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的目的是為了獲取結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理物理量。單向流固耦合計(jì)算的基本思路為：利用CFD軟件計(jì)算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構(gòu)件上，利用有限元軟件計(jì)算固體應(yīng)力應(yīng)變。
單向流固耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。
圖1 數(shù)據(jù)流程
2
計(jì)算模型
計(jì)算幾何模型如圖所示。
圖2 計(jì)算幾何模型
圖3 DM中創(chuàng)建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
3
流體計(jì)算設(shè)置
雙擊B3單元格進(jìn)行流體網(wǎng)格劃分。在mesh中進(jìn)行邊界命名，如圖4所示。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算及濕模態(tài)分析
而實(shí)際中，我們通常計(jì)算的結(jié)構(gòu)都是被流體“包圍”著，例如在空氣中行駛的汽車，周圍被空氣包圍著，在水中行駛的船，周圍被水包圍著，或者部分被水包圍著。
在不考慮車身周圍的空氣的影響下，我們計(jì)算的車身模態(tài)都是干模態(tài)，因?yàn)榭諝獾拿芏缺容^小，空氣對(duì)車身模態(tài)的影響比較小，我們可以把車身的干模態(tài)當(dāng)成車身在空氣中的濕模態(tài)，即忽略空氣的影響，誤差也不會(huì)太大。
而在水中行駛的船，由于水的密度比較大，水對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響比較大，如果忽略水的影響，那么計(jì)算出來(lái)的模態(tài)(干模態(tài))就與實(shí)際的船的模態(tài)誤差就很大，此時(shí)就必須考慮水的影響，計(jì)算濕模態(tài)。
濕模態(tài)分析實(shí)際上是在單向流固耦合計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對(duì)其進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，然后在此基礎(chǔ)上開展彎曲管道在流體作用下振動(dòng)模態(tài)分析。
單向流固耦合計(jì)算
工業(yè)管道系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)彎管。流體介質(zhì)流經(jīng)彎曲管道時(shí)，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生額外的應(yīng)力。
1
計(jì)算思路
眾所周知，CFD計(jì)算的目的是為了獲取計(jì)算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的目的是為了獲取結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理物理量。單向流固耦合計(jì)算的基本思路為：利用CFD軟件計(jì)算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構(gòu)件上，利用有限元軟件計(jì)算固體應(yīng)力應(yīng)變。
單向流固耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。
展開 ANSYS workbench壓力管道螺栓連接分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)壓力管道的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)螺栓連接非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)螺栓連接非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力管道螺栓連接分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
?
基于ansys管道交變電磁場(chǎng)
后處理環(huán)節(jié)旨在將計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)庫(kù)按照某種要求將部分?jǐn)?shù)據(jù)提取并以表格或圖形圖像形式展示出來(lái)便于分析。最后便可觀察磁場(chǎng)強(qiáng)度三維分布示意圖，圖2所示。命令流如下：
/SOLU
！進(jìn)入求解計(jì)算環(huán)節(jié)
ANTYPE,0
FLST,2,20561,1,ORDE,8 ！施加求解條件約束
...,
MAGSOLV,2, , ,0.001,25,0 ！執(zhí)行求解
FINISH
！模型求計(jì)算完畢
/POST1
！進(jìn)入通用后處理環(huán)節(jié)
/VSCALE,1,1,0
！進(jìn)入查看3維效果圖模式
! *
PLVECT,B, , , ,VECT,ELEM,ON,0
！查看3維磁矢分布
5 結(jié)論
綜上所述，本文采用有限元分析法，計(jì)算線圈在管道內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，并通過(guò)圖形直觀顯示，為管道、線圈以及勵(lì)磁電流的設(shè)計(jì)提供了分析手段和驗(yàn)證方法。隨著ANSYS功能的愈加強(qiáng)大，它所應(yīng)用的范圍日益廣泛，已涉及工業(yè)及科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，ANSYS軟件具備良好的開發(fā)環(huán)境，界面簡(jiǎn)單、操作方便適合更深層次的開發(fā)和研究。
展開 
ANSYS ICEMCFD 11 2D管道
同時(shí)作為ANSYS家族的一款專業(yè)分析環(huán)境,還可以集成于ANSYS Workbench平臺(tái), 獲得Workbench的所有優(yōu)勢(shì)。
ANSYS_ICEMCFD_11_2D管道.pdf
ANSYS workbench管道夾非線性接觸分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)管道夾的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)管道夾非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)管道夾非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 管道夾非線性接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
?
ANSYS/LS-DYNA管道受橫向撞擊分析
下一步設(shè)置計(jì)算時(shí)間，計(jì)算的時(shí)間在Time Controls進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示：
此例設(shè)置計(jì)算時(shí)間為0.05s。在計(jì)算之前還需要設(shè)置輸出項(xiàng)，以及輸出頻率，為了使輸出結(jié)果合理但又不至于過(guò)大，有必要設(shè)置輸出的頻率。
在Output File Types中設(shè)置輸出為L(zhǎng)S-DYNA，在File Output Freq中設(shè)置荷載步輸出數(shù)目即可。之后點(diǎn)擊Write Jobname.k輸出計(jì)算的k文件，此文件與ANSYS的APDL文件類似，是LS-DYNA計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)文件，采用這個(gè)文件可以直接使用LS-DYNA Solver進(jìn)行求解，當(dāng)然在ANSYS界面中點(diǎn)擊Solve也能求解。
對(duì)于分析結(jié)果的處理，本例采用了較為常用的LS-PrePost后處理軟件，這個(gè)軟件可以在ANSYS安裝目錄中ANSYS Inc\v160\ansys\bin\winx64找到相應(yīng)的安裝包，安裝之后即可，打開LS-PrePost軟件，按快捷鍵Ctrl+B打開分析目錄下的d3plot文件，之后可以進(jìn)行相關(guān)的結(jié)果查看，下圖給出了分析的塑性應(yīng)變動(dòng)態(tài)圖：
展開 基于ANSYS的管道振動(dòng)模態(tài)分析
在生產(chǎn)實(shí)踐中，管道的強(qiáng)烈振動(dòng)會(huì)使管路附件尤其是管道的連接部位、管道與附件的連接部位和管道與支架的連接部位等處發(fā)生磨損松動(dòng)，在振動(dòng)所產(chǎn)生的交變應(yīng)力作用下導(dǎo)致疲勞破壞，從而發(fā)生管線斷裂、介質(zhì)外泄，甚至引起嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，給生產(chǎn)和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，對(duì)出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)的管道，分析其產(chǎn)生原因并給出相應(yīng)的減振措施，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本文以注水系統(tǒng)配注管線的劇烈振動(dòng)為例，利用大型結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS對(duì)管道進(jìn)行建模并作出相應(yīng)的模態(tài)分析。在得出低階情況下結(jié)構(gòu)固有頻率和相應(yīng)振型后與振動(dòng)主頻率比較，從而判斷出在低階情況下結(jié)構(gòu)固有頻率與振動(dòng)主頻率處于共振區(qū)，因而引起強(qiáng)烈振動(dòng)。為避免結(jié)構(gòu)固有頻率和振動(dòng)主頻率的共振，有效地減輕管道的振動(dòng)，采取在合適的位置施加位移約束的方法進(jìn)行消振，并給出了驗(yàn)證。
一、管系簡(jiǎn)介
該管線為注水系統(tǒng)配注管線，管線的局部布局如圖1所示，在ANSYS系統(tǒng)中為了計(jì)算方便將管線進(jìn)行了簡(jiǎn)化（如圖2），管線的彈性模量為206GPa，泊松比0.3。
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