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[CFD及热分析] 基于ANSYS经典界面的管道气体的共振频率分析

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发表于 2016-5-5 10:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【问题描述】有一管道尺寸为 0.02 x 0.05 x 1m3如下图所示。
1.png
该管道在坐标原点处温度是2000K,而在长度方向的末端温度是400k,在长度方向上温度呈线性分布。现在要计算该管道内气体的共振频率。
【求解分析】
1. 这是理想气体的模态分析问题。
2. 建模长方体,然后用FLUID220划分网格。
3. 该理想气体的温度随长度而改变,而温度会直接影响到该温度处的气体密度和声速,因此需要定义各处温度,然后ANSYS会自动计算其各处的气体密度和声速。
4. 设置远端气体压力为零。
5. 在50-2000HZ区间计算前6阶固有频率。
6. 比较温度改变和温度不变情况下气体的固有频率。
7. 该例子来自于ANSYS15的声场分析帮助部分《13.3. Example: Resonant Frequencies in a Pipe with Ideal Gas》。本文对之进行了轻微改动。
8. 本文在经典界面中使用命令流来做分析。
【求解过程】
1. 建模
1.1 创建单元类型
在命令窗口输入如下命令
/prep7
et,1,220,,1
上述命令用于定义FLUID220声单元。
1.2 创建材料模型
在命令窗口输入如下命令
rho=1.225                       
c=340                        
p0=101325                       
mp,sonc,1,c           
mp,dens,1,rho
上述命令用于定义空气的密度,声速,空气压力三个参数,然后定义空气的密度和声速。
1.3创建几何模型
在命令窗口输入如下命令
a=0.02
b=0.05
c=1
block,0,a,0,b,0,c
上述命令用于创建一个长方体。创建结果如下图
2.png
1.4 划分网格
在命令窗口输入如下命令
h=0.01
mshape,0,3d           
esize,h
type,1
mat,1
vmesh,all
alls                  
上述命令用于划分网格,结果如下
3.png
1.5 设置变化的温度,从而得到沿着长度变化的密度和声速。
在命令窗口输入如下命令
tref,288.15                  
T=2000 (z=0); T=400 (z=c)
*get,ndmax,NODE,0,COUNT
node=0
*do,i,1,ndmax
node=ndnext(node)
zi=nz(node)
con= (-1600/c)*zi+2000
nsel,s,loc,z,zi
bf,all,temp,con
nsel,all
*enddo
alls
nsel,all
bf,all,chrgd,p0
上述命令分为三个部分
第一句,用于定义参考温度是288.15k
第二段,用于沿着管道的长度方向定义变化的温度,最起始端温度是400度,终端是2000度。
第三段,所有节点施加空气静压。
当进行上述定义以后,ANSYS会根据理想气体状态方程计算出在不同位置处的声速和空气密度。
1.6 设置边界条件
在命令窗口输入如下命令
nsel,s,loc,z,c
d,all,pres,0
alls
fini
上述命令用于定义远端气压为零。结果如下图
4.png
2. 分析
在命令窗口输入如下命令
/solu
antype,modal
modopt,lanb,6,50,2000           
mxpand,6
solve
fini
上述命令用于进行模态分析,并在50-2000HZ内部计算,希望得到6阶模态。
3. 后处理
查看前6阶固有频率
5.png
可见,基频为138.55hz.
其中基频处的模态 6.png 如果去掉上述线性温度变化,从而去掉由于温度变化而导致的声速和气体密度的改变,则得到的管道气体共振频率如下 7.png 比较上述二表可以发现,温度的改变对于该管道气体的共振频率发生了较大的影响。转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_9e19c10b0102vklt.html

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