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Hi alle Ansysbenutzer,
Es geht um : Abkühlungsvorgang eines Kupferstückes. Das Stück in Form eines Zylinder, und wird einfach frei in der Luft gehängt. Ich möchte hier die Abkühlungsvorgang zum Vergleich Messungen und Simulationswerte vergleichen. Zur Betrachtung wird es Strahlung und Konvektion ( also freie Konvektion ) vorgenommen. Für Strahlung habe ich den Aussenraum als einen Kubikraum betrachtet. Und Konvektion habe ich die Wärmeübergangskoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur ( Bezugtemperatur ist die millere Temperatur zwischen Lufttemperatur und Wandtemperatur )

TW= 400°C und TL= 30°C
Hier ist di Wärmeübergangskoeffizient alpha in Abhängigkeit der Temperatur
α frei         Tw Td Tm
10,22448383 400 0 200
9,98683602 400 25 212,5
9,749265542 400 50 225
9,510388852 400 75 237,5
9,268734674 400 100 250
9,022688981 400 125 262,5
8,770412401 400 150 275
8,509714075 400 175 287,5
8,237853396 400 200 300
7,951215625 400 225 312,5
7,644751795 400 250 325
7,310939925 400 275 337,5
6,937662162 400 300 350
6,503225834 400 325 362,5
5,961914719 400 350 375
5,181952635 400 375 387,5
0,899307286 400 400 400

Und ich habe die HF so definiert
MP,HF,1,68.5601766413318,-0.632978441043433,0.002261599814319,-2.72981445591516E-06,0  ! [W/m²K]

Meine Frage ist : Ich habe die Daten in APDL eingegeben und berechnen lassen. Es kann aber mit dieser Alpha gar nicht stimmen . Dann habe ich alpha = 8,0 angenommen ( also geschätzte mittlere Alpha) dann habe ich eine sehr gute Anpassung zwischen Simulationswerte und Messwerte.Hat jemand die Erfahrungen von dieser Sache ? Bitte um Hilfe!

MfG

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Entscheidend ist die Strömungsgeschwindigkeit der Luft und die kennt man nicht und sie ist an den Seiten und oben und unten anders. Man wird also nie unendlich genau. Die Rechnung ist eine Näherung. Deshalb ist es sicherlich sinnvoll, mit einer konstanten Wärmeübergangszahl zu rechnen.
(Was nützt es, an einer Stelle genaue Detaillierung vorzunehmen und an anderer Stelle grobe Vernachlässigungen zuzulassen.)

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Hi, kurze Frage: Wie hast du den Wärmeübergangskoeffi. ermittelt?

Du brauchst dazu die Nusseltzahl, die sich aus der Grashofzahl bzw. der Rayleigh ergibt. Ich habe so was vor zwei Wochen versucht zu ermitteln und bin dabei an der Definition der charakteristischen Länge gescheitert. Meine Ergebnisse waren beliebig falsch. Wie ist die Geometrie deines Blockes? Auch davon hängt ab, welche Formel verwendet werden muß. Und jede Formel wiederum ist nur eine Näherung.

Im Buch "Freie Konvektion und Wärmeübertragung" von Müller und Erhard geht es auf über 200 Seiten nur um freie Konvektion an einfachen Grundgeometrien. In dem Buch gibt es vergleichende Plots von Messung und Berechnung. Ich sach ma so: Die Tendenz stimmt. Will sagen: Freie Konvektion ist von vielen Parametern abhängig, die man kaum unter Kontrolle kriegt. Ich bin zu der Erkenntnis gelangt, daß freie Konvektion Voodoo ist.

Wenn du für alpha=8 gute Werte bekommst, bleib bei 8.

Vergleich das mal mit deiner Tabelle: Das ist der Wert für Td=225. Schon in der Mitte deines betrachteten Bereiches. Für Td=0 liegt grob 20% daneben und für Td=350 auch. Ohne jetzt großartig Ahnung zu haben, sieht das für mich ganz gut aus. Daß die Werte für MP so weit davon entfernt liegen, ist wohl dem Umstand geschuldet, daß das Programm eine Polynom 3. Grades (?) approximiert hat und der letzte Wert der Tabelle etwas "ab vom Schuß liegt". Der Wert mag ja stimmen, aber ohne ihn kann man fast linear approximieren mit alpha = 8 + steigung*T. Mit dem Wert muß ein Polynom da durchgefriemelt werden. Dass C0 dann nicht unbedingt 8 ist, passiert.

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Kurz nachgefragt: Wie hast du die Werte für HP ermittelt?
Wenn ich einen LSF für ein Polynom dritten Grades ansetze und als X-Achse Tm wähle, dann erhalte ich grob 73,-0.7,0.0024,-2.9e-6.
Wenn ich allerdings Td statt Tm nehme bekomme ich: 10.6,-0.03,0.00017,-3.7e-7. Bei einem Polynom 4. Grade wird der erste Werte zu 9.97. Ohne das letzte Wertepaar steigt dieser Wert etwas, aber der Fit ist fast ein Volltreffer.

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Der Grundkörper ist in zylindrischen Form. Ich habe HF so berechnet : Die Werte von Luft ( Dichte , Wärmeleitfähigkeit etc. ) sind Funktion von Temperatur 4. Ordnung. Die Formel dafür habe ich meisten von VDI- Wärmeatlas genommen. Also Nusseltzahl , Gr, Ra.

Diese Werte sind ins eine Excel Datei programmiert. Und HF berechnet man mit mittlerer Temperatur zwischen Fluid und Wand .

Die Formeln sind alle empirisch  !!! Das Problem ist , die Stoffwerte ( von Luft und vom Körper ) von Temperatur abhängig. Es ist auch allerding die HF von Temperatur abhängig ist. Wie kann man es jetzt behaupten , dass eine mittlere HF schon gute Genauigkeit liefert

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Hi, ich bewege mich weiterhin auf ganz dünnem Eis, da ich nie eine Vorlesung zum Thema Konvektion gehört habe; stütze meine Aussage folglich auf gef#hrtliches Halbwissen... Für einen senkrechten Zylinder (Höhe z, Radius r) haben Müller/Ehrhard folgende Formeln im Programm:
Nu = h * z / lambda
Pr = dyn.Viskosität / Temp.leitfähigkeit (Luft: 0.718 @0°C, 0.719 @500°C, also const.)
Gr = Ausdehnungskoeffi * g * z^3 (T_wand - T_umgebung) / dyn.Viskosität^2
Krümmungsparameter = (z/r) * wurzel(8) / 4.wurzel(Gr)

Ebenfalls im Angebot des Buches sind etliche Formeln für den Zusammenhang zwischen Nu, Pr und Gr, je nach Größe dieser Werte. Aber immer wenn Temperaturen in Formeln einfließen, ist es T_wand und nicht T_mittel ... Aber es kann durchaus sein, daß ich mich irre. Verstanden habe ich freie Konvektion nie wirklich.

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