ANSYS软件在低温电容液面计设计中的应用

　　1　引　言

　　电容液面计是计量液位指示的一种设备,结构和材料确定的合理性直接影响着液位的标识能力。低温电容液面计一般是在常温下安装调试而在低温环境中应用,这种差异给设计带来了影响。为了保证结构的合理性和可行性,应考虑对每一节液面计在低温下热传递的情况。以前的设计主要是依赖于设计者的经验和一定数量的对比试验来判断。随着计算机技术的发展,有必要对液面计的横、纵向变形情况,以及应力的变化情况作以定性的理论分析,便于合理地确定连接结构和材料的选取。

　　有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展而迅速发展起来的一种现代计算方法,被广泛应用于求解结构场、热场、电磁场、流场中的连续性问题。ANSYS作为一个基于有限元方法的计算机辅助工程(CAE)系统,已经在很多设计有限元分析的研究和设计领域得到了广泛的应用,因而对在低温分节式电容液面计设计中的应用探讨也是十分有意义的。

　　2　ANSYS的系统组成和工作流程

　　ANSYS软件系统包含多个软件产品,具备了强大的多场仿真和分析功能,美国软件产品主要包括3个模块:前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用于构造有限元模型,同时ANSYS有丰富的CAD软件接口,可以与几乎所有的主流CAD软件,如UG, Pro/E, SolidEdge, SolidWorks, Inventor,MDT,Catia等进行双向的参数传递,并通过内部的参数管理器可方便地控制CAD模型、材料、边界条件等参数,实现参数传递,并通过其内部的参数管理器可方便地控制CAD模型、材料、边界条件等参数,实现参数化分析,从而可以对多个设计方案进行分析评价,提高设计效率。软件还提供了将近200种单元类型和丰富的材料模式,用来模拟工程中的各种结构和材料。

　　分析计算模块包括结构分析(可进行线性/非线性分析和静力/动力学分析)、热分析(稳态和瞬态),流场分析、电磁场分析(低频和高频)、声场分析以及物理场的耦合分析,同时可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。

　　后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、立体切片显示等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

　　ANSYS的一般工作流程如图1所示。

　　3　ANSYS的热分析

　　ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算出节点的温度,并导出其它热物理参数。ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射3种热传导方式。具体来说ANSYS对这3种热传导方式的描述如下: