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Hallo liebe Ansys-Experten,

habe zum ersten Mal Kontakt mit Ansys (V12, workbench) und folgende Fragestellung:

Eine stromdurchflossene Struktur hängt in der unbewegten Luft.
Durch den Leitungswiderstand entsteht eine Verlustleistung, die die Struktur erwärmt.
Durch den (frei-)konvektiven Wärmeübergang an die Umgebung wird die Struktur gekühlt.
Gesucht ist die (zunächst) stationäre Temperaturverteilung der Struktur.
Die Struktur besitzt eine nicht-triviale Geometrie. Daher bildet sich ein Umströmungsfeld aus, das wiederum Einfluß auf den Wärmeübergang hat.

Wie würde man eine solche Fragestellung angehen?
(es geht nicht um Vernetzungsdetails ö.ä., sondern um die (wahrscheinlich?) kombinierte Anwendung verschiedener Lösungsmodule)

Vielen Dank für Eure Zeit!
Robert

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Hallo,

den Stromfluß und die Temperaturfeldanalyse packt man in eine kombinierte elektrisch-thermische Simulation. Dabei wird die Joulsche Wärme aus dem (temperaturabhängigen) Widerstand automatisch für die Erwärmung des Bauteils verwendet. Die verwendeten Elemente haben dann beide Freitheitsgrade, Volt und Temp, man spricht dann auch von Matrixkopplung.
Bei der Kühlung muss man ein bisschen weiter ausholen: Man kann sie entweder durch eine Strömungssimulation abbilden, dann braucht man die umgebende Luft und die Strömungsrandbedingungen oder man schätzt einen konvektiven Wärmeübergang. Letzeres ist nicht einfach, wenn man Literatur zu Rate zieht, sieht man, dass da Werte von 2-20 W/m2K nicht unüblich sind, eine ganz schön große Bandbreite, eine CFD Analyse kann lokal unterschiedliche Wärmeübergangskoeffizienten ermitteln. Wenn die Konvektion den dominanten Anteil des Energietransports ausmacht, lohnt sich das. Wenn Wärmeleitung im Spiel ist, "saugt" diese die Energie oft so stark weg, dass man diesen Anteil erst mal genauer spezifizieren muss, bevor sich eine CFD lohnt. Auch die CFD kann man mit der thermischen Analyse koppeln. Im Unterschied zur ersten Kopplungsart ist das eine Lastvektorkopplung, bei der das Ergebnis der einen auf die andere Analyse übertragen wird.

Gruss
CG

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Christof Gebhardt
CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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Zitat:

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den Stromfluß und die Temperaturfeldanalyse packt man in eine kombinierte elektrisch-thermische Simulation. Dabei wird die Joulsche Wärme aus dem (temperaturabhängigen) Widerstand automatisch für die Erwärmung des Bauteils verwendet. Die verwendeten Elemente haben dann beide Freitheitsgrade, Volt und Temp, man spricht dann auch von Matrixkopplung.

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Das geht so, solange man keine Stromverdrängungseffekte berücksichtigen muss.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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