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Hallo!
Ich schreibe gerade meine Diplomarbeit und brauche Hilfe bei der Wahl der sinnvollen Vernetzung meines Modells.
Ich möchte den Wärmestrom von Bodenplatten auf Erdreich in 3D berechnen. An sich glaub ich nichts schwieriges, nur weiß ich nicht, wie ich mein Modell sinnvoll vernetzen soll.

Aufbau:
Ich habe eine Erdreich-Quader mit einer Fläche von 48m x 48m und einer Stärke von 20m. Mittig auf dem Erdreich liegt dann meine quadratische Bodenplatte mit einer Dicke von 0,25m und Abmaßen von 8mx8m (kleinste Bodenplatte). Auf der Bodenplatte habe ich 0,03m Dämmung und darauf 0,06m Estrich. (Eine Skizze hab ich angefügt.)

Nun möchte ich stationär meinen Wärmestrom berechnen.
Als Randbedingungen hab ich:
-auf dem Estrich: Temperatur=20Grad und Wärmeübergangswiderstand=0,17
-auf der Erdoberfläche: Temperatur=-5Grad und Wärmeübergangswiderstand=0,04

Elementtyp: Solid70

Nun die Fragen zu meinem Vernetzungsproblem:
1. Ist Solid 70 der richtige Elementtyp?
2. Wie viele Elemente brauch ich in der Dicke? Reicht ein Element oder mindestens 3 (besonders bei der dünnen Dämm- und Estrichschicht)?
3. Bis jetzt hab ich versucht das Ganze mit dem vmesh-Befehl (free-meshing mit Tetraeder-Elementen), mit dem vsweep oder mit einer Kombination aus beiden zu vernetzen. Problematik ist, dass ich bei dem ausgegebenen Wärmestrom dann ein Unterschied von 30% erhalte, je nachdem wie ich vernetze. (vweep ergibt deutlich kleinere Werte des Wärmestroms als vmesh) So dass ich auch keinen Wert erkennen kann, gegen den das Ganze konvergiert und nicht sagen kann ob meine Berechnungen richtig sind oder wie genau sie sind. Kann jemand da etwas zu sagen?

Vielen Dank im voraus!
Andrea

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Wegen der Symmetrie der Anordnung und wegen der zu erwartenden Symmetrie des Feldes muss sicherlich nur ein Achtel modelliert werden.
Dann kann man versuchen, sich das Temperaturfeld vorzustellen und das dann zu skizzieren. Aus der Skizze ist dann zu ersehen, wo die großen Temperaturunterschiede zu erwarten sind. Dort muss am dichtesten vernetzt werden. (Jede Kante eines Elementes soll in etwa die gleiche Temperaturdifferenz tragen. Deshalb werden Elemente mit sehr unterschiedlichen Kantenlängen optimal sein.)

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hallo Andrea,
von Tetraederelementen würde ich hier absehen, die Geometrie kann sehr gut mit Quaderelementen vernetzt werden. Dazu würde ich den Querschnitt, der auf deinem Bild links zu sehen ist, zweidimensional modellieren und mit mesh200-Elementen vernetzen (die Forumsuche nach "mesh200" hilft dir bei Problemen, zu diesem Thema wurde schon viel geschrieben). Dieses Netz kann man dann mit Hilfe des Befehls VEXT in die dritte Dimension extrudieren und schon hat man ein schönes Netz, dessen Feinheit man durch die Feinheit des mesh200-Netzes bestimmen kann. Wenn die Randbedingungen symmetrisch sind, kannst du auch noch die Symmetrie beachten. Dann kannst du einige Tests durchführen um herauszubekommen, bei welcher Feinheit keine signifikanten Änderungen in den Ergebnissen auftreten. Alternativ kannst du auch das 20 Knoten Element Solid90 zum Vergleich verwenden.
Viele Grüße
Christoph

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Vielen Dank, für die schnelle Hilfe!

Ich hatte leider vergessen zu schreiben, dass ich auch L- und U-förmige Bodenplatten berechnen soll, so dass ich auf jeden Fall die Symmetrie verwenden kann, aber das extrudieren wohl nicht funktioniert (hab noch keine Ahnung von "mesh200").
Mein eigentliches Problem ist aber, dass ich so unterschiedliche Werte bekomme, wenn ich es mit Hexaederelementen vernetzte im Vergleich zu Tetraederelementen.

Kann ich irgendwie raus bekommen welche Elementwahl die richtige ist?

MfG Andrea

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Grundsätzlich gilt:
Wenn die Vernetzung einen deutlichen Einfluss auf das Ergebnis hat, dann ist die Vernetzung der Aufgabenstellung nicht angemessen!

Kann es aber hier in diesem Falle sein, dass die Ermittlung globaler Ergebnisse (wie Wärmefluss in den Estrich) nicht sauber gemacht ist?
(So etwas lässt sich ohne Quelltext nicht beurteilen.)
Wie sehen denn die Temperaturverteilungen im Vergleich bei beiden Netzen aus?

Übrigens:
Wäre es nicht realistischer, in einer gewissen Tiefe im Erdreich die Temperatur auf 8°C festzuhalten?
(Realistischer wäre vielleicht auch, das Erdreich nicht als Quader sondern als Halbkugel bzw. Halbrotationsellipsoid anzunehmen.)

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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