4.4.2. Нагрев тела при граничных условиях I рода с учётом зависимости теплофизических свойств от температуры

Режим предназначен, как и в предыдущем случае, для расчета нагрева листа металла с толщиной, на порядок меньшей двух других размеров. В качестве граничного условия принята постоянная температура на поверхности металла, а со стороны теплового центра – условия адиабаты.

Рассмотрим модель однослойной пластины толщиной 0,1 м из стали 20 с граничными условиями I рода с одной стороны и II рода (условия адиабаты) c другой. Температура внешней стороны пластины равна 1000 °С. Время нагрева пластины 1000 с. Зависимость теплофизических свойств согласно табл. 2.1.

Решение задачи аналогично задаче 4.4.1, изменение касается только задания свойств стали с учетом зависимости от температуры.

4.4.2.1. Создание пользовательской базы данных

При решении задач можно воспользоваться встроенной базой данных, но если необходимый материал отсутствует, то можно создать свою базу, которая будет отвечать всем требованиям. Это удобно при большом количестве опытов с постоянным обращением к одинаковым материалам, так как не нужно каждый раз задавать свойства материала вручную. Данный способ был описан выше при решении задачи 4.4.1.

4.4.2.2. Задание переменных свойств материала с помощью кусочно-линейной функции

Для этого необходимо знать значение теплофизических коэффициентов хотя бы в двух точках, чтобы построить прямую, проходящую через эти точки. При этом, чем больше точек – тем точнее кусочно-линейная функция будет совпадать с графиком изменения теплофизических свойств материала. Но иногда хватает и трех точек для точного описания, если график изменения свойств материала состоит из двух прямых (или кривых с большим радиусом кривизны).

Рассмотрим на примере коэффициента теплопроводности. В окне свойств материала (рис. 4.4.17) в списке Material Properties выбираем Thermal Conductivity и нажимаем . В открывшемся окне выбора метода задания свойства материала (рис. 4.4.18) из спискаAvailable Properties выбираем piecewise-linear, перемещаем в другой список с помощью кнопки и нажимаем.

В новом окне Piecewise-Linear Profile (рис. 4.4.37) в поле Points задаем количество точек, для которых хотим присвоить значения. В поле Data Points кнопками ивыбираем точки и вводим для них значения температуры (Temperature) и соответствующие этой температуре значение коэффициента теплопроводности (Value). Нажимаем Ok в обоих окнах.

Рис. 4.4.37. Окно ввода данных для кусочно-линейной функции

4.4.2.3. Задание переменных свойств материала с помощью полиномиальной функции

Необходимо знать уравнение описывающее изменение теплофизических коэффициентов от температуры в виде степенной функции. Вычислительный комплекс ANSYS позволяет использовать уравнения до 7 степени включительно, но это не всегда целесообразно. Лучше описывать зависимости полиномом первой или второй степени.

В окне выбора метода задания свойства материала (рис. 4.4.18) из списка Available Properties выбираем polynomial, перемещаем в другой список с помощью кнопки и нажимаем. Откроется окноPolynomial Profile (рис. 4.4.38).

Рис. 4.4.38. Окно ввода данных для полиномиальной функции

В поле Coefficients в правом верхнем углу рабочего окна указывается количество членов уравнения (коэффициентов), а ниже Coefficients в полях под номерами 1, 2, 3 и т.д. вводятся значения коэффициентов, стоящих перед температурой в уравнении, описывающем закон изменения теплофизических свойств материала. В поле 1 вводится коэффициент, стоящий при температуре в нулевой степени, в поле 2 – коэффициент, стоящий при температуре в первой степени, в поле 3 – коэффициент при температуре во второй степени и т.д. Если коэффициенты малы, например 0,000002 или -0,000000015, то удобнее их сразу записывать в виде 2е-6 и -15е-9. После того, как заполнены все необходимые поля, нажимаем Ok, Ok.