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Autor Thema:  Thermal Resistive Layers chtMultiRegionFoam (1002 mal gelesen)
Moargaz
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Beiträge: 5
Registriert: 17.10.2017

erstellt am: 11. Dez. 2017 13:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


01_Testbox_BlockMesh.zip

 
Servus zusammen,

ich bin derzeit im Aufbau eines chtMultiRegionSimpleFoam Modells. Darin sollen auch thermische Widerstandsschichten eingebaut und mit berücksichtigt werden. Mir ist jedoch im Laufe der Berechnung aufgefallen, dass die Temperaturen höhere Werte erreichen als erwartet, also habe ich mir einen Testcase gebaut. Dieser besteht aus zwei aneinandergrenzenden Würfeln mit der Kantenlänge von je 1m. In Würfel 1 gehen 100 W, diese werden von "box1" an "box2" geleitet und aus "box2" wird ein konvektiver Wärmestrom mit einem Wärmeübergangskoeffizienten von 25 W/m²/K und einer Außentemperatur von 20°C aus dem Volumen abgeführt. Gleichzeitig habe ich mit die Temperaturen analytisch berechnet. Mein OpenFOAM Modell habe ich angehangen, es wäre super wenn jemand über meinen Case drüber schauen könnte. Mit "blockMesh" und "splitMeshRegion -cellZones -overwrite" kann das Netz erzeugt werden. Die thermophysicalProperties liegen in dem "*_old" Ordner und die Randbedingungen liegen im "0.orig" Ordner

Für den ersten Fall, ohne Widerstandsschicht, entsprechen die Werte aus dem OpenFOAM Modell denen, die ich analytisch berechnet habe.

Sobald ich jedoch die Widerstandsschicht zwischen "box1" und "box2" mit einer Leitfähigkeit von 1000W/m/K und einer Dicke von 1m (Werte für einfache Rechnungen so angenommen. Später benötige ich einen aus den Messungen entsprechenden Wärmeübergangskoeffizienten von 1000 W/m²/K, was ich mit den angenommenen Werten ja so erreichen würde) einfüge, treten unerwartete Werte auf. In diesem Fall entstehen Temperaturen von ca. 380K und damit ca. 80K mehr als erwartet (298.1K erwartet). Mir ist jedoch nicht klar wo mein Fehler liegt.

Ich hoffe mir kann jemand weiterhelfen.

Danke und viele Grüße

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Shor-ty
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Beiträge: 2463
Registriert: 27.08.2010

OpenFOAM-dev (Foundation)
OpenFOAM-xxxx (ESI)

erstellt am: 13. Dez. 2017 13:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Moargaz 10 Unities + Antwort hilfreich

Ohne mir deinen Case anzuschauen, erwähnst du hier stets einen Wärmeübergangskoeffizienten, der aber nur dann gebraucht wird, um Enerigebewegung zwischen Fluid-Solid zu beschreiben. Soetwas gibts in FOAM nicht. Also das du zwei Festkörper hast und dann zwischen drin ein Fluid. Du kannst nur ein Festkörper simulieren. Das ist dazu gedacht das man Wärmetauscher ohne Festkörper simulieren kann. In der Randbedingung müsstest du eher die thermal Diffusivity und eine Wandstärke eingeben.

Es gibt auch eine Randbedingung mit der Konvektion ins Far-Field berechnet werden kann. Die sollte aber auch nicht korrekt sein, weil da keine Enerigebalance drin ist.

------------------
Viele Grüße,
Tobias Holzmann

OpenFOAM® Tutorials | Training | Publikationen | Für Anfänger wiki.openfoam.com

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Moargaz
Mitglied
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Beiträge: 5
Registriert: 17.10.2017

erstellt am: 13. Dez. 2017 18:05    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Nabend!

Zitat:
Original erstellt von Shor-ty:

Es gibt auch eine Randbedingung mit der Konvektion ins Far-Field berechnet werden kann. Die sollte aber auch nicht korrekt sein, weil da keine Enerigebalance drin ist.


Die Randbedingung die du hier meinst ist Schätzungsweise die "externalWallHeatFluxTemperature"? Die Randbedingung ist bei mir im Modell mit eingebunden um die Konvektion aus dem System abzubilden. Diese funktioniert auch ohne Probleme und liefert die erwarteten Werte, vorausgesetzt ich verwende keine thermische Widerstandsschicht.

Die Bezeichnung Wärmeübergangskoeffizient ist evtl. etwas unglücklich gewählt. Ich habe aus Messungen einen thermischen Kontaktwiderstand bekommen, bzw. dessen Kehrwert in der Einheit W/(m^2*K). Um diesen Kontaktwiderstand zu berücksichtigen wollte ich mit in der Randbedinung eine dünne thermische Widerstandsschicht einbauen. Ich möchte also lediglich die Wärmeleitung zwischen zwei Solids abbilden. In der Beschreibung der BC steht:

Code:

Description
    Mixed boundary condition for temperature, to be used for heat-transfer
    on back-to-back baffles. Optional thin thermal layer resistances can be
    specified through thicknessLayers and kappaLayers entries.

    Specifies gradient and temperature such that the equations are the same
    on both sides:
      - refGradient = zero gradient
      - refValue = neighbour value
      - mixFraction = nbrKDelta / (nbrKDelta + myKDelta())

    where KDelta is heat-transfer coefficient K * deltaCoeffs

    The thermal conductivity \c kappa can either be retrieved from various
    possible sources, as detailed in the class temperatureCoupledBase.

Usage
    \table
        Property    | Description            | Required    | Default value
        Tnbr        | name of the field    | no | T
        thicknessLayers | list of thicknesses per layer [m] | no |
        kappaLayers  | list of thermal conductivities per layer [W/m/K] | no |
        kappaMethod  | inherited from temperatureCoupledBase | inherited |
        kappa        | inherited from temperatureCoupledBase | inherited |
    \endtable


Mein Testcase entspricht ja dem Fall der stationären Wärmeleitung durch mehreren ebenen Wänden. Mit alpha=lambda/s habe ich mir also lambda = 1000W/(m*K) und s = 1m gesetzt um mein alpha abzubilden. Und dabei kommen nun Werte raus, die so nicht zu erwarten sind.

Ich habe in den letzten Tagen auch noch weitere Parametervariationen durchlaufen lassen. Ich habe lambda und s so variiert, dass der Quotient immer gleich bleibt. Also lambda = 1000, s = 1 | | lambda = 1000000, s = 0.001 | | lambda = 100000, s = 0.01 | | lambda = 10000, s = 0.1. Da im Quellcode auch ersichtlich ist, dass sich der Gesamtwiderstand aus genau diesem Quotienten ergibt, entsprechend wie bei mehrschichtigen ebenen Wänden, hätte ich immer gleiche Temperaturverteilungen erwartet. Aber auch hier unterscheiden sich die Ergebnisse jeweils.

Viele Grüße und schönen Abend!

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Shor-ty
Moderator





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Beiträge: 2463
Registriert: 27.08.2010

OpenFOAM-dev (Foundation)
OpenFOAM-xxxx (ESI)

erstellt am: 08. Feb. 2018 12:29    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Moargaz 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich gehe davon aus das das Thema nicht weiter relevant ist. Dein Kontaktwiderstand hat die  gleichen Einheiten wie der Wärmeübergangskoeffizient W/(m^2*K). Also entweder hast du hier einen Fehler gemacht oder die Nomenklatur ist falsch. Ich hab von diesem Kontaktwiderstand bereits gehört und daher --- wie du bereits erwähnst --- sollte das der Reziprokwert des HTC darstellen. Übrigens möchte nicht noch erwähnen, dass meine Randbedingung laserConvectionBC ggf. in Betracht gezogen werden kann.

------------------
Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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