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  Simulation der Wärmeleitung einer Motorenhalterung (ohne Motormodell)

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Autor Thema:  Simulation der Wärmeleitung einer Motorenhalterung (ohne Motormodell) (1842 mal gelesen)
Matthaei84
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Ingenieur

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Beiträge: 2
Registriert: 28.01.2013

erstellt am: 28. Jan. 2013 10:56    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

Hallo zusammen,

für die Optimierung der Wärmeabfuhr einer Halterung für einen Elektromotor, möchte ich gerne mit einer Thermisch-stationären-Analyse den Temperaturgradienten der mechanischen Bauteile durch Wärmeleitung berechnen.
Die Schwierigkeit vor der ich stehe ist dabei, dass der eigentliche Motor nicht als Modell verfügbar ist.

Ich besitze also nur die eigentliche Halterung. Diese besteht aus:
- Zylinder + Wärmeleitpad, in der der Motor eingefasst ist
- Einem Fuß, an dem der Zylinder befestigt ist und der an einer Grundplatte angeschraubt ist
- der Grundplatte

An Daten besitze ich weiterhin:
- Maximale Verlustleistung (Wärmestrom) der Wicklung Motors
- Thermischer Wärmeleitwiderstand [K/W] der Motorenwicklung zum Gehäuse
- Wärmeleitwert der einzelnen Bauteile

Die Konvektion, Wärmestrahlung an die Umgebung, als auch die Kontaktwiderstände können bei dieser Simulation vernachlässigt werden.

Zu meinem gezielten (Verständnis-)Problem:

Bei meinen ersten Versuch die Wärmeleitung zu berechnen, ist mir aufgefallen, dass ich den Wärmestrom (anders als bei der analytischen Berechnung) anscheinend nicht einfach auf die Motorfassung auf den Zylinder aufprägen kann.
Tue ich dies erhalte ich nämlich viel zu hohe Temperaturgradienten.

Als ich Testweise dann einen Dummykörper für den Motor eingebaut (Im Prinzip ein Zylinder mit einer kleinen Innenbohrung in der Mitte) und dort den Wärmestrom aufgeprägt habe, sind die Temperaturen signifikant gesunken.

Dies widersprich sich ja aber umgekehrt proportional zur Theorie, die besagt, dass wenn der kontinuierliche Wärmestrom durch "weniger" Körper geht, der Wärmeleitwiderstand (in Reihe) sinkt und der Temperaturgradient kleiner wird.

Wenn ich bspw. einen Stab modelliere und hier den Stab Stück für Stück verkürze, stimmen die Ergebnisse mit der Theorie überein und der Temperaturgradient sinkt (exakt zu meinen analytisch gerechneten Ergebnissen).
Nur anscheinend bei zylindrischen Körpern nicht?!

Kann mir jemand erklären, warum das in Ansys Mechanical so auftritt?

Und eine viel wichtigere Frage:
Wie kann ich die Wärmeleitung denn nun ohne den Motor im Modell zu besitzen simulieren?

Über Ideen, Hinweise, etc. würde ich mich sehr freuen!
Lieben Gruß
Matthaei

[Diese Nachricht wurde von Matthaei84 am 28. Jan. 2013 editiert.]

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wosch
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Elektrotechniker im Ruhestand


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Beiträge: 2607
Registriert: 16.12.2004

Rechne zuerst ein Problem nach, für das Du eine analytische Lösung kennst.

erstellt am: 28. Jan. 2013 17:09    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 Matthaei84 10 Unities + Antwort hilfreich

Ich habe das Problem nicht verstanden.

------------------
Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Rainer Schulze
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Dipl.-Ing. im Ruhestand


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Beiträge: 4419
Registriert: 24.09.2012

erstellt am: 28. Jan. 2013 21:20    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 Matthaei84 10 Unities + Antwort hilfreich

>>Wie kann ich die Wärmeleitung denn nun ohne den Motor im Modell zu besitzen simulieren?

Das kommt darauf an, was genau Du optimieren willst,
und was Deine Randbedingungen sind.

>>Bei meinen ersten Versuch die Wärmeleitung zu berechnen, ist mir aufgefallen, dass ich den Wärmestrom (anders als bei der analytischen Berechnung) anscheinend nicht einfach auf die Motorfassung auf den Zylinder aufprägen kann.
Tue ich dies erhalte ich nämlich viel zu hohe Temperaturgradienten.

Dann wird Dir dort ein Fehler unterlaufen sein.

Für eine genaue Betrachtung ist es sicher von Belang, ob der Wärmestrom am Übergang eine gleichmäßige Verteilung hat, oder ob die Konstruktion des Motors eine ungleichmäßige Verteilung zur Folge hat.
Aber ob Du nun ein Ersatzmodell des Motors baust, oder ob Du die Wärme direkt auf den Übergang prägst - die abzuführende Leistung bleibt die gleiche.

------------------
Rainer Schulze

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Matthaei84
Mitglied
Ingenieur

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Beiträge: 2
Registriert: 28.01.2013

erstellt am: 29. Jan. 2013 10:55    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

Hallo zusammen,

vielen Dank für die Antwort@ Rainer

Ich habe das Problem gestern Nacht identifizieren können.

Nachdem ich mir ein Verifizierungsmodell mit einfachen Körpern gebaut und die analytische Berechnung mit den Simulationsergebnissen gegenübergestellt habe, stimmten die Ergebnisse vollständig (und physikalisch richtig) überein.

Wie du schon sagtest, ist die abzuführende Leistung natürlich die gleiche und es daher unerheblich, ob ich die Wärme auf den Motor oder den Übergang präge.

Jedenfalls, nachdem ich mir sicher war, dass meine theoretischen Grundüberlegungen richtig sind und ich auch keine groben Bedienungsfehler in Workbench mache, habe ich mir das ursprüngliche Modell noch mal im Detail angeschaut.
Es ist so, dass der Körper, welcher als Wärmeleitpad zwischen Motor und Zylinderaufnahme eingebaut ist, beim Import von ProE in Workbench als Schalenkörper erkannt wird.
Bei meiner nachträglichen Optimierung in dem ich aus dem Schalenkörper ein Volumenkörper erstellt habe, muss ein Fehler aufgetreten sein.
Jedenfalls bestand das Pad weiterhin z.T. aus Schalenelementen, die durch die kleine Flächenanbindung zum Zylinder natürlich einen sehr hohen Wärmeübergang besitzen und daher genau dieses Phänomen verursachen.

Lieben Gruß


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