搜索ABS3D打印機噴頭的溫度場模擬
2016-08-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
對3D打印機而言,噴頭是最為重要的核心元件,其溫度場的準確模擬將有助于確定合理的打印速度。本文以ABS的噴頭為例,在保證噴嘴正常工作的情況下,計算最大的出料速度。
1 建幾何模型
打開ANSYS17.0,將左側Analysis Systems中的Fluid Flow(Fluent)添加到Project Schematic中,并在Geomtry中創建噴嘴模型,如下圖所示。
其中左側圓截面定義為inlet,右側圓截面定義為outlet,左側圓柱面定義為wall1,右側圓柱面定義為wall2。
2 劃分網格
打開Mesh工具,指定網格劃分方法為Sweep Method,對網格尺寸的控制方式選擇Body sizing,并指定Element Size為0.2mm。
劃分網格結果如下:
3 定義材料、邊界條件、模型屬性和求解設置
在Project Schematic中雙擊Setup,進入Fluent界面,注意選擇雙精度double,以及根據電腦配置情況選擇parallel并設置CPU線程數量。
在General面板內依次點擊Scale(確認模型尺度)、check(看是否有負體積單元)、Report Quality(檢查網格質量,評估收斂性)。在Solver選項中依次指定Type為Pressure-Based,Verlocity-Formulation為Absolute,Time為Steady(先穩態計算,讀者可在穩態計算的基礎上自行瞬態模擬),忽略重力影響。
然后進入Models設置。打開能量方程,Energy(On),流動形式保持層流(Viscous(Laminar)),打開凝固/熔化選型Solidification&Melting(On),Parameter選擇默認。
定義ABS材料屬性。在Creat/Edit Materials面板中選擇Use Define Database,在Open Database面板中選擇OK。
在User-Defined Database Materials面板中選擇New,在后續彈出面板中指定Name為abs,Types為fluid,在中間的Available Properties中依次向右添加1)Cp(Specific Heat),在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為2300;
2)Density,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為1150; 3)Latent Heat,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為3700000;4)Liquidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為378.15;5)Solidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為378.15;6)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為0.36;7)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為0.36;8)Thermal Expansion Coefficient,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為8.51e-05;9)Viscosity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為400。然后依次在彈出的面板中點擊Apply、Copy、Change/Create。
定義外殼屬性,在Fluent Database中選擇Copper(Cu),并點擊Copy。在模型樹的Cell Zone Conditions中指定求解域的材料為fluid(abs)。
在模型樹的Boundary Conditions中指定inlet為速度進口,速度值為0.005m/s,進口溫度為375.15K。
Outlet選擇自由出流條件(Outflow)。
前端圓柱壁面wall1的設置為等壁溫加熱面,溫度為533.15K,壁面厚度為1mm,材料為copper。
后端圓錐壁面wall2與空氣進行對流和輻射換熱。在這里我們指定一個散失的熱流密度來代表它們。設置為壁面熱流密度為-1000W/m^2,壁面厚度為1mm,材料為copper。
在模型樹的Solution Methods中指定Scheme為Coupled,其余默認。
在模型樹的Solution Initialization中指定方式為Scheme,為Coupled,Compute from為Inlet,點擊Initialize,完成初始化。
4 求解和后處理
在模型樹的Run Calculation中指定迭代次數為100,并點擊Calculate。
運行結束后,在Results>Graphics>Contour中創建New Surface,在Plane面板中選擇point and Normal建立剖切面。然后在剖切面上顯示溫度云圖,結果如圖所示。
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