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  Verständnisproblem bei Anwendung Therm-stationär und transiente Analyse

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Autor Thema:  Verständnisproblem bei Anwendung Therm-stationär und transiente Analyse (3680 mal gelesen)
bgue11
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erstellt am: 05. Aug. 2014 19:07    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


Randbedingungen_beider_therm_analysen.JPG


Ergebnis_therm_transient_stat_Temp.zip

 
Hallo,

bin gerade dabei eine Dämmplatte aus Mineralwolle, die auf einer Fläche mit einer Temperatur (T2) belastet ist, zu simulieren.
Zusätzlich bekannte Größen: Materialkennwerte, T1 (Austrittstemperatur der zur T2 gegenüberliegende Fläche), der Wärmestrom (wurde berechnet mit Q=lambda*Fläche_A*delta_T*delta_t/delta_z)somit ist auch die Wärmestromdichte gegeben.

In der Thermisch-stationären Analyse:
Die Seitenflächen sind vollständig isoliert.
Dämmplatte bekommt auf die Fläche A1 die Temperatur T2 = 400°C aufgetragen.
Die gegenüberliegende Fläche A2 soll beispielsweise 300°C abstrahlen.
(siehe Anhang)

Die Aufgabenstellung möchte aber keine Konvektion benutzen.

Daher habe ich neue Randbedingungen gegeben : die Wärmestromdichte mit (-200) W/m^2 dem Körper zugeteilt und T2 auf die Fläche A1 und die Seitenflächen perfekt isoliert.
Oder das Ganze mit Wärmestrom (-32)W auf die Fläche A2 ohne die Wärmestromdichte.

Daraus folgt das gleiche Ergebnis. Was ist hier sonst zu empfehlen? SInd die Annahmen soweit korrekt?

Nun zur eigentlichen Frage.

Das ganze soll ich nun mit der Thermisch-transienten Analyse berechnen lassen.
Habe die möglichen Randbedingungen nun aufgetragen und stelle fest, ich bekomme ganz andere Werte.

Da ich kaum mit thermischen Simulationen gearbeitet habe bin ich gerade überfragt.
Das Forum durchgesucht, aber vieles leider für Classic.

Was ich unter transient verstanden habe ist, dass sich die Temperatur oder andere Randbedingungen sich ändern können. Richtig?

Kann mir jemand kurz erklären wie man bei einer transienten Simulation vorgeht und mir einen Tipp geben kann was ich tun kann um auf die ähnlichen Ergebnisse wie im stationären kommen kann?

Bedanke mich im Vorraus.


Viele Grüße
bgue11

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Rainer Schulze
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erstellt am: 05. Aug. 2014 22:09    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

>>Nun zur eigentlichen Frage.

Was soll denn überhaupt berechnet werden?
Aus Deiner Beschreibung werde ich nicht so recht schlau.
Bei Deiner analytischen Betrachtung:
Was sind die gegebenen Randbedingungen und was ist Deiner Ansicht nach das Resultat?

>>Was ich unter transient verstanden habe ist, dass sich die Temperatur oder andere Randbedingungen sich ändern können. Richtig?

Das ist grundsätzlich richtig.
Im einfachen Fall aber hat man konstante Randbedingungen und betrachtet den zeitlichen Verlauf eines Ausgleichsvorgangs.
Für t -> unendlich hat man dann den stationären Zustand.

Deiner Beschreibung kann ich leider nicht entnehmen, was das Ziel einer transienten Berechnung sein soll. Ausgenommen natürlich, es handelt sich nur um eine Übung, mit der Du nachweisen willst, dass am Ende die Annäherung an den stationären Zustand erreicht wird.

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

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 05. Aug. 2014 editiert.]

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bgue11
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erstellt am: 06. Aug. 2014 11:44    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,

danke erst mal.

Es wird später eine Parameterstudie. Aber man kann es erst mal als Übung betrachten.
Meine Aufgabe besteht darin das Modell von den realen Gegebenheiten abzubilden. Mir wurde gesagt, dass auf der Seite der Temperatur T2 z.B ein Feuer ausbricht wo dann die Wärme in Z-Richtung übertragen wird und auf der anderen Seite eine Temperatur T1 gemessen wird(in diesem Fall auch gegeben).
Daher würd ich am liebsten der Mineralwolle nur die beiden Temperaturen auftragen und Workbench gibt mir dann als Lösung die Wärmestromdichte(Habe aber bisher nur korrekte Ergebnisse mit den oben genannten Einstellungen erreicht).
Das Ganze soll dynamisch betrachtet werden, also transient. Ich bin Student und habe bisher keine transiente Untersuchung vorgenommen.  Daher versuche ich gerade nachzuvollziehen wie die Unterschiede sind und wie ich mit Ansys Workbench vorgehen muss um dieses Modell in beiden Fälle korrekt abzubilden.

Hoffe das konnte weiterhelfen, bedanke mich.

Viele Grüße

bgue11

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Rainer Schulze
Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
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erstellt am: 06. Aug. 2014 13:04    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

>>dass auf der Seite der Temperatur T2 z.B ein Feuer ausbricht wo dann die Wärme in Z-Richtung übertragen wird

Also für t<=0 auf beiden Seiten Umgebungstemperatur, z.B. 20Grad.
Dann für t>0 auf der Seite A1 T2=400 Grad und die Fragestellung,
nach welcher Zeit auf der Seite A2 eine bestimmte kritische Temperatur erreicht wird.
Der klassische Fall einer transienten Analyse mit konstanten Randbedingungen.

Etwas Vorsicht ist noch geboten bei einer idealen Schrittfunktion.
Unstetigkeiten sind immer ein Problem für Solver.
Manchmal ist es sinnvoll, keinen abrupten Schritt zu definieren, sondern eher eine Rampe.
Wenn Du ein Zeitintervall von dt>10s betrachtest, könnte ein "Anfahren" der Temperatur in einem Zeitraum von 0,1 ... 1s sinnvoll sein, ohne das Endergebnis unzulässig zu beeinflussen.
Je sanfter der Übergang desto geringer die Konvergenzprobleme.

Was genau ist nun Dein Verständnisproblem?
Je konkreter die Fragen desto besser die Chance auf hilfreiche Antworten.

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

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 06. Aug. 2014 editiert.]

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bgue11
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erstellt am: 06. Aug. 2014 17:00    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


mitSTrahlung.JPG

 
Ok, jetzt habe ich es soweit verstanden. Habe nun die Schrittsteuerung eingestellt. Für T2 an der Fläche A1 habe ich in den ersten 3 Schritten die Temperatur mit 1. 22°C 2. 200°C und 3. 400°C und danach konstant die 400°C.

Da werd ich noch ein bisschen an den Analyseeinstellungen rumspielen, da bisher auf der Fläche A2 eine T1 = 50°C herrscht bei t=150s.

Soweit so gut.

Verständnisproblem zu den Randbedingungen:

Am liebsten würde ich gerne nur die Temperaturen auftragen und es rechnet mir dann die Wärmestromdichte.

Habe vorhin es mit Strahlung probiert (Therm stationär):
T2 auf A1, Strahlung 300°C auf A2, Seiten perfekt isoliert.

Damit bekomme ich für die Wärmestromdichte nicht exakt die selben erwarteten Ergebnisse, aber haben nur eine Abweichung von 3%.

Habe ich der Software mit diesen Randbedingungen gesagt:
1. dass von A1 aus die Temperatur eintritt und bei A2 mit 300°C austritt?
Oder
2. dass von A1 aus die Temperatur eintritt und eine Strahlung von 300°C auf A2 trifft.

Edit: Denke gerade, dass diese Option mit Strahlung für die transiente ungeeignet ist. Dann besser die Option mit Wärmestromeintrag (-32)W auf Fläche A2 um die Zeit berechnen zu können.

Danke

Viele Grüße

bgue11

[Diese Nachricht wurde von bgue11 am 06. Aug. 2014 editiert.]

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Rainer Schulze
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>>Verständnisproblem zu den Randbedingungen:

Und ich verstehe noch immer nicht, was genau gegeben ist und was Du berechnen willst.

>>dass von A1 aus die Temperatur eintritt und bei A2 mit 300°C austritt?

Entschuldige bite, aber eine Temperatur tritt nicht ein und aus.
Eine Temperatur ist ein Zustand.
Und Deinem Bild ist zu entnehmen, dass Du eine Oberflächentemperatur von 300 Grad gesetzt hast und mit Abstrahlung von Wärme rechnest.

Wenn Du das aber als festen Wert annimmst - was soll dann eine transiente Berechnung?

>> Denke gerade, dass diese Option mit Strahlung für die transiente ungeeignet ist.

Nicht unbedingt. Ich frage mich nur, ob die Temperatur von 300Grad eine feste Größe ist, oder ob sich das Material ausgehend von Raumtemperatur erst langsam erwärmt. Deine Beschreibung ist in diesem Punkt unklar.


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

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

erstellt am: 06. Aug. 2014 18:53    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

Ist das Ganze nicht ein eindimensionales lineares Problem, das sich analytisch rechnen lässt?

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

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bgue11
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Hallo,

mein Übungsleiter möchte gerne, dass ich die Situation mit der Dämmplatte so gut es geht zu modellieren und er benötigt den Temperaturverlauf von der Zeit und dem Weg sowie den Verlauf der Wärmestromdichte(t,x).

Im stationären Fall möchte ich einen bestimmten Fall betrachten. Somit habe ich auf A1 T2=400°C aufgetragen, auf die gegenüberliegende Fläche A2 T1=300°C und Seiten isoliert.
Workbench liefert für die Wärmestromdichte 200 W/m² als Ergebnis.
Dieses Ergebnis erhalte ich auch, wenn auf A2 ein Wärmestrom von (-32)W statt T1 aufgetragen wird. Anhand des Fourierschen Gesetzes komme ich auf die selben Ergebnisse(mit Lambda=0,04Wm/K, A=0,16m², d=0,02m).

Jetzt möchte ich gerne es transient berechnen um die Ergebnisverläufe nach der Zeit und dem Weg zu bekommen. Für den Weg benutze ich Pfade.
Das Material soll ausgehend von Raumtemperatur sich langsam erwärmen.

Für das Transiente habe ich auf die Fläche A1 T2 aufgetragen und die Seiten isoliert.
Das Ergebnis liefert mir, das ab der 465. Sekunde ich 300°C an der Fläche A2 und eine Wärmestromdichte von 312 W/m².
Für t=592s, T=335°C, Wärmestromdichte 200 W/m².

Bei richtigen Randbedingungen, müsste dann nicht bei T=300°C eine Wärmestromdichte von 200 W/m² herauskommen? Habe ich hier etwas vergessen zu berücksichtigen?

Habe die Transiente mit einer zusätzlichen Randbedingung erweitert:
auf A2 einen konstanten Wärmestrom (-32)W aufgetragen,
jedoch musste ich feststellen, dass die Temperatur auf der Fläche A2 am anfang abnimmt und negativ wird und dann im Laufe der Berechnung wieder positiv wird und zunimmt.

Danke!


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

erstellt am: 07. Aug. 2014 17:54    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

Bei solchen Berechnungen werden üblicherweise Temperaturen und Randbedingungen vorgegeben und Wärmeströme berechnet. Wiese werden hier Wärmeströme vorgegeben? Woher sind die bekannt?

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

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bgue11
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erstellt am: 07. Aug. 2014 19:37    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

Für den stationären Zustand ist der Wärmestrom bekannt, da T2 und T1 gegeben sind. Diese habe ich mit dem Fourierschen Gesetz berechnet und mit Workbench verglichen.

Ich denke für die transiente Analyse kann ich kein Wärmestrom oder -dichte vorgeben, weil diese ja nicht konstant sind.
Müsste ich evtl Konvektion angeben? Da mein Übungsleiter meinte, dafür brauch ich keine Konvektion   .

[Diese Nachricht wurde von bgue11 am 07. Aug. 2014 editiert.]

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

erstellt am: 08. Aug. 2014 07:22    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

Wenn sich etwas abkühlen soll, muss eine Wärmeabgabemöglichkeit vorgesehen werden.
Also entweder Konvektion oder und Strahlung.
Aber die Strahlung nicht durch einen konstanten Wärmestrom, denn der müsste sich entsprechend der Oberflächentemperatur ändern.
(Das Naheliegendste wäre bei den hier angeführten Temperaturen Konvektion.)

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

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

erstellt am: 08. Aug. 2014 08:00    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 bgue11 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Für das Transiente habe ich auf die Fläche A1 T2 aufgetragen und die Seiten isoliert.
Das Ergebnis liefert mir, das ab der 465. Sekunde ich 300°C an der Fläche A2 und eine Wärmestromdichte von 312 W/m².
Für t=592s, T=335°C, Wärmestromdichte 200 W/m².

Bei richtigen Randbedingungen, müsste dann nicht bei T=300°C eine Wärmestromdichte von 200 W/m² herauskommen? Habe ich hier etwas vergessen zu berücksichtigen?


Bei der stationären Analyse hat die spezifische Wärmekapazität keinen Einfluss, wohl aber bei der transieneten Analyse.

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

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