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基于ANSYS的小型温室的温湿度场对流分析及方案.doc 植物培养箱(小型温室)是一密闭空间内能根据箱内植物的生长及外界环境变化而自动调节箱体内部温湿度、CO2浓度及光照强度的自动化设备。在实物设计初期,运用有限元分析法对小型温室的温湿度场进行对流分析,从而得到其温湿度梯度场分析图,进而结合理论优化加热加湿部件位置,以最大限度改善箱内温湿度对流效果和节约成本。 本次设计使用ANSYS12.0对小型温室的温湿度场做对流分析。首先运用UG6.0为培养箱建立模型,之后加以简化生成可用于作分析的模型。其次使用ANSYS软件中的ICEM对模型做网格划分,最后划分好的网格模型导入CFX,通过设定相关参数得出我们所需的温湿度云图。该分析结果运用于实际的设计制造中效果明显,基本符合实际,为实物的生产进度节省了不少时间和成本,是一行之有效又快速的计算解法。
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基于 ANSYS 的小型温室的温湿度场对流分析
目 录
基于 ANSYS 的小型温室的温湿度场对流分析..............................................................................1
摘要......................................................................................................................................................I
Abstract................................................................................................................................................I
1 引言..................................................................................................................................................1
1.1 课题的背景...........................................................................................................................1
1.2 本文的主要研究内容...........................................................................................................1
2 有限元法与 ANSYS........................................................................................................................2
2.1 有限元分析方法概述...........................................................................................................2
2.2 ANSYS 运用概述.................................................................................................................2
3 小型温室结构模型对流分析..........................................................................................................3
3.1 建立模型...............................................................................................................................3
3.1.1 创建模型....................................................................................................................3
3.1.2 模型结构剖析............................................................................................................4
3.2 对流方案...............................................................................................................................4
3.3 有限元解...............................................................................................................................5
3.3.1 ICEM 网格划分.........................................................................................................5
3.3.2 CFX 对流分析...........................................................................................................8
3.3.2.1 预设结果.........................................................................................................8
3.3.2.2 模型原理.........................................................................................................8
3.3.2.3 流体域设置.....................................................................................................9
3.3.2.4 边界条件设置(以加热为例).....................................................................9
3.3.2.5 初始边界条件和求解管理器设置..............................................................11
3.3.2.6 文档输出.......................................................................................................12
3.3.2.7 Solver Manager.............................................................................................12
3.3.2.8 CFD-Post.......................................................................................................12
3.3.3 其余部件对流分析..................................................................................................13
3.3.3.1 加湿...............................................................................................................13
3.3.3.2 降温...............................................................................................................14
3.3.3.3 除湿...............................................................................................................15
3.3.4 温湿度耦合分析......................................................................................................16
3.3.5 温湿度分析总结......................................................................................................17
3.3.6 温控箱实物效果......................................................................................................17
4 结束语............................................................................................................................................18
参 考 文 献.......................................................................................................................................19
致谢...................................................................................................................................................20
设计说明书
摘要
植物培养箱(小型温室)是一密闭空间内能根据箱内植物的生长及外界环境变化而自动
调节箱体内部温湿度、CO2 浓度及光照强度的自动化设备。在实物设计初期,运用有限元
分析法对小型温室的温湿度场进行对流分析,从而得到其温湿度梯度场分析图,进而结合理
论优化加热加湿部件位置,以最大限度改善箱内温湿度对流效果和节约成本。
本次设计使用 ANSYS12.0 对小型温室的温湿度场做对流分析。首先运用 UG6.0 为培
养箱建立模型,之后加以简化生成可用于作分析的模型。其次使用 ANSYS 软件中的 ICEM
对模型做网格划分,最后划分好的网格模型导入 CFX,通过设定相关参数得出我们所需的温
湿度云图。该分析结果运用于实际的设计制造中效果明显,基本符合实际,为实物的生产进
度节省了不少时间和成本,是一行之有效又快速的计算解法。
关键词:小型温室,有限元分析,ANSYS,温湿度梯度场
Abstract
Plant incubator (minitype greenhouse)is a automation equipment which is according to plant
growth and the external environment change in the course of a confined space, automatically adjust
the chamber temperature and humidity, CO2 concentration and light intensity . At the beginning of
the project design, applying the finite element analysis method to do convection analysis for small
greenhouse.Thus, obtaining some results about convection analysis in temperature and humidity
field. And then combining the theory to optimization the heating and humidifying component
location, so that maximum improve the convection effects in temperature and humidity field and
save costs.
This design using ANSYS12.0 for small greenhouse to do fluid analysis in the temperature and
humidity field. Firstly, Use of UG6.0 for incubator to build model so that can be simplify the model
information to make analysis .Secondly, use of the ICEM(a part of ANSYS software ) partition the
model mesh.Finally, leading it to CFX so that require temperature and humidity chart which is we
need that through setting related parameters. To sum up, the results of model analysis applied to the
actual design have a obvious effect and general in line with the fact as it help us saving a lot of time
and cost .so it is an effective and fast calculation method.
Key Words: minitype greenhouse; FEA; ANSYS; humiture field
Ⅰ
设计说明书
1 引言
1.1 课题的背景
我国属于季风性气候,一年有春夏秋冬四季变化。育苗在一年中的生长速度随着季节的
变化有一定的周期性,即生长的季节周期性。植物生长的季节周期性,总是和它所处环境的
季节变化相符合,这是在环境条件和植物长期相互作用下形成的内在的生长节律。例如,育
苗芽在春季开始生长,不论是高生长还是直径生长,表现出的生长模式都为“慢—快—慢”的
节奏。到了秋季,植物开始落叶,进入休眠。这个过程主要是受四季的温度、水分、日照等
条件制约影响的。随着经济的发展,季节性自然生长的作物已经难以满足人们的要求,为此
大棚温室栽种被广泛应用,但人力部分占得比重大。在小型温室设计中,能实现自动控制温
湿度的温控箱越来越受到重视,这也是本次设计的目的所在。
设计之初先建模做分析能有效的减少成本和提升设计的可行性,随着现代机械设计要求
的日益完善,将有限元法运用于机械设计分析已成为必然的趋势。其主要优势在于,传统机
械设计耗工耗时,设计周期长,造成成本偏高。将有限元分析法运用到机械设计之中,可以
优化零件形状或部件位置摆放,从而提高产品质量和降低成本。特别是减少了试件的制作。
其在产品设计和研究中所显示出的优越性,使其成为机械设计过程中的有利工具,已经越来
越受到设计者的需要。
1.2 本文的主要研究内容
ANSYS 是一款集结构力学、流体、电磁场、声场分析于一体的大型商业分析软件。其
功能强大,可靠性好,因而被多数业内人士所青睐。本文将基于 ANSYS12.0 建立小型温室
内部有限元分析模型,对室内温湿度做对流分析。本次设计将基于 ANSYS12.0 对小型温室
的温湿度场进行对流分析,从而得到其温湿度梯度场分析图,进而结合理论优化加热加湿等
部件位置,为后期箱体设计及部件放置提供设计依据和降低设计成本。
1
设计说明书
2 有限元法与 ANSYS
2.1 有限元分析方法概述
有限元法是一种离散化的数值解法,专门用于求解各类实际工程问题。线性或非线性等
应力分析问题及流体力学、电磁学以及高速冲击动力学等问题都可以通过有限元法得到解决 。
其基本思路是将较为复杂的问题较换成较简单的问题后再求解。此时求解域可以看成是由许
多称为有限元的小互联子域组成,对每一单元假定一个合适的(或简单的)近似解,然后推
导求解这个域的满足条件,从而得到问题的解。
[2]
此时解是近似解,因为实际问题被较简单
的问题所替代。有限元解法不仅计算精度高,而且能求解各种复杂情况,是一种高效而简洁
的工程分析手段。
2.2 ANSYS 运用概述
ANSYS 是一个多用途的有限元计算程序软件包,目前,它从最初涉及的固体力学领域,
逐渐推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他介质研究领域。
[2]
软件主要包括三个部分:
Pre 模块(含 ICEM 网格划分),Solver 模块和 Post 模块。本次设计采用 ANSYS 软件
ICEM+CFX 组合设计方案做温室的对流分析。ANSYS 流体单元能进行流体动力学分析,分
析类型可分为稳态和非稳态。分析结果可以是每个节点的压力或通过每个单元的流率。之后
在运用后处理模块生成流率、压力和温度分布示意图。整体步骤是:1、使用 ICEM,它提
供了一个强大的建模及网格划分工具选项,用户可以方便地划分网格,构造有限元分析模型 。
2、将生成的网格导入 Pr e 模块,定义模拟类型、域、边界条件、求解器控制和物质属性。
3、在 Solver 模块设置求解器管理器,定义模拟计算,之后求出残差收敛曲线,为后面云
图分析显示做奠定工作。4、利用 Post 模块将计算结果以彩色等值线、梯度、矢量、粒子流
迹示、立体切片、透明及半透明(显示内部结构)等多种图形显示方式表现出来,或是计算
结果以图表或曲线形式显示和输出。软件提供了多种单元类型,专门用来模拟工程中的各种
结构和模型分析。
2
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