| 【问题描述】有一管道尺寸为 0.02 x 0.05 x 1m3如下图所示。 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 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 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 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 可见，基频为138.55hz.其中基频处的模态 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 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。 |
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