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Autor Thema:  Abweichung Experiment - Simulation (1865 mal gelesen)
polyeng
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erstellt am: 04. Okt. 2010 09:47    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


Exp_SIM.jpg

 
Hallo zusammen,

bei der Simulation eines Aufheizvorgangs eines Edelstahlblocks (Wärmeleitfähigkeit: 15 W/mK; spez. Wärmekapazität: 450 J/kgK) ergibt sich das in der beiliegenden Abbildung dargestellte Bild:

Während die Größenordnung der Startup-Zeit wird, unterscheidet sich das simulierte Verhalten deutlich vom ermittelten hinsichtlich Linearität/Nichtlinearität. Welche Ursachen könnte diese Abweichung der Simulation haben?

Herzlichen Dank im Voraus für Eure Hilfstellung.

LG, Stefan

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highway45
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erstellt am: 04. Okt. 2010 11:31    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Zuerst würde ich mal die Randbedingungen überprüfen.
Ob zum Beispiel der echte Block auch wirklich die in der Simulation angegebenen Eigenschaften hat. Vielleicht besteht er ja gar nicht aus dem festgelegten Werkstoff oder hat sich durch irgendeine Behandlung verändert.
Auch sollten die Temperatur- und Strömungsbedingungen im tatsächlichen Raum geprüft werden.

------------------

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R. Frank
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erstellt am: 04. Okt. 2010 12:29    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Stefan (polyeng).

Zitat:
Original erstellt von highway45:

Auch sollten die Temperatur- und Strömungsbedingungen im tatsächlichen Raum geprüft werden.

Insbesondere hinsichtlich der Defintion der Wäremquelle, der Lagerung (thermisch ?) und
der Netzqualität würde ich noch mal alles überprüfen ...

Gruß
Roland 

------------------
Wer Wuchstaben verbechselt oder Dreckfuhler produziert kommt auch mit Tupp-Ex nicht weiter ...

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polyeng
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erstellt am: 06. Okt. 2010 15:15    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

Vielen Dank für die Antworten.

Folgende Überprüfungen wurden bereits durchgeführt:

-) Netzdichte-Unabhängigkeit: Wurde mit drei signifikant verschiedenen Elementgrößen durchgeführt und kann als Ursache ausgeschlossen werden.

-) Timestep-Äbhängigkeit: Wurde in drei signifikant verschiedenen Zeitschritten durchgeführt und kann als Ursache ausgeschlossen werden.

-) Einfluss der Umgebung: Nichtlinearität bleibt sowohl bei Simulation der Umgebung, konstanter Wärmeübergangszahl und auch bei adiabatischen Wandbedingungen erhalten und kann als Ursache ausgeschlossen werden.

Aus diesen Überprüfungen kann aus meiner Sicht ein numerischer Effekt als Ursache für die Nichtlinearität ausgeschlossen werden.

Zur weiteren Ursachenforschung wurden die Materialparameter variert:

-) Variation der Wärmeleitung: je höher die Wärmeleitung (15 - 50 - 100 W/mK),umso linearer wird die Aufheizkurve.

-) Variation der Wärmekapazität: Je kleiner die Wärmekapazität (50 - 200 - 450 - 500 - 1000 J/kgK), umso linearer wird die Kurve.

Es zeigt sich also, dass diese Nichtlinearität in erster Linie von der Temperaturleitfähigkeit (a=landa/roh*c) abhängig ist. Verwendet man in der Simulation etwa Aluminium anstelle von Edelstahl ist die Kurve annähernd linear.

Die Frage, die sich für mich stellt ist nun, warum die Simulation für Edelstahl eine Nichtlinearität zeigt und sich somit vom Experiment unterscheidet und warum diese Nichtlinearität in der Simulation bei Aluminium nicht auftritt.

Gibt es eventuell Ideen auch für physikalische Erklärungen?

LG, Stefan

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R. Frank
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erstellt am: 06. Okt. 2010 16:56    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 Nur für polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo.

Ich verstehe das so:
- Wärmekapazität: wie gut nimmt der Stoff die Wärme auf ...
- Wärmeleitung: wie gut gibt der Stoff die Wärme weiter ...

Wenn ich die Zahlen aus Deinem ersten Post anschaue, hast Du einen Stoff, der
die Wärme super aufnimmt und nicht so dolle weitergibt ... (stark übertrieben).
Also bildet sich im dümmsten Fall ein Wärmestau ...
Zwischen diesen beiden Zahlen soll nun die Simulation mittels Netzgenauigkeit und
(leider nur sehr schlecht steuerbarer) Konvergenz eine Kurve herausrechnen.

Wenn Du willst, kannst Du ja mal verschiedene Stähle ausprobieren (interessante Lektüre)
und schauen, was sich in Sachen Konvergenz (kann man auch den Solver wechseln bei
Thermik ? ... nie probiert ...) tun lässt ...

Ansonsten hat auch damals die Dame vom Reseller bei unserer Schulung sinngemäß gesagt:
"... das Thermik-Modul von Simulation ist nicht so wirklich das Optimale, wenn man so wie
Sie eine Lizenz FlowSimulation im Einsatz hat, ist diese natürlich klar vorzuziehen".

BTW:
Ich kann mich noch entsinnen, dass sich die Konvergenz des Solvers unter anderem durch den
Treshold-Wert beeinflussen lässt, das wars dann aber auch ...

Roland 

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polyeng
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erstellt am: 06. Okt. 2010 17:26    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

Das Bild des Wärmestaus habe ich auch vor Augen. Klar ist mir aber nicht, warum das die Simulation anders als das Experiment darstellt. Die Wärmeleitung und die Kapazität von Edelstahl sind ja sehr fundierte Werkstoffkennwerte und werden so falsch nicht sein.

BTWBy the way (So nebenbei bemerkt)., falls das aus meinem bisherigen Post nicht herausgekommen ist: Simuliert wird das ganze in Solidworks FlowSimulation 2010. Das Programm sollte einen Aufheizvorgang eines Metallblocks ja an und für sich ausreichend gut widergeben können.

Kann ich in FloSimulation den Solver umstellen?

LG, Stefan

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R. Frank
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erstellt am: 06. Okt. 2010 21:36    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo Stefan.

FlowSimulation ... jetzt wirds etwas anders ...

Den Solver kann man dort nicht umstellen.
Evtl. über die calculation control options die Konvergenz mal manuell
einstellen ...

Aber eher würden mich mal Deine Boundaries interessieren ...
Hast Du in Betracht gezogen, dass die Flächen des Blockes zur Luft hin evtl.
per radiation und per convection Wärme abgeben können ?
Das würde die Wärmestau-Theorie erhärten ...

Ich selbst hab jetzt zugegebenermaßen noch nie eine Thermiksimulation
in FlowSimulation gemacht, ich geh gerade im Geiste nur mal die Möglichkeiten
durch ...

Es kann ja von der Logik her nur an folgenden Dingen hängen:
- es wurde bei den Basisannahmen was übersehen (boundaries ...)
- es liegt an der Kombination Timestep/Wärmequelle/Wärmeaufnahme
- es liegt an einer Besonderheit der Simulation (Mesher(Netz) und/oder Solver)

Roland 

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polyeng
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erstellt am: 07. Okt. 2010 08:24    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

Ja, die Umgebung habe ich in Betracht bezogen:

-) Ich habe das ganze einmal in einer großen mit Luft gefüllten Computational Domain berechnen lassen. Der Wärmeübergang durch Konvektion wird dann durch die lokalen
    Luftströmungen abgebildet.

-) Zudem habe ich eine Rechnung des reinen Metallblocks mit einer fix aufgebrachten Wärmeübergangszahl (10 W/m²K) durchgeführt.

-) Schlussendlich habe ich den Metallblock auch noch mit adiabatischen Wänden simuliert.

Ergebnis: Alle drei zeigen eine ähnlich nichtlineare Aufheizkurve. Strahlung habe ich vernachlässigt, ich denke aber, dass dass bei 37°C Objekttemperatur und 23°C Umgebungstemperatur zulässig ist.

----

Timestep- und Mesh-Äbhängigkeiten konnte ich durch Variationsrechnung definitiv ausschließen. Eine Verständnisfrage habe ich zur Konvergenz: für eine transiente Analyse sind die Konvergenzkriterien ja nicht ausschlaggebend.

----

Aus Deiner Logik bliebe nur mehr eine Solverbesonderheit über, was bedeuten würde, dass Flowsimulation dieses (eigentlich triviale) Problem nicht beschreiben kann. Aber das hoffe ich ja doch nicht.

LG, Stefan

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HPVD
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test

erstellt am: 07. Okt. 2010 13:03    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo

habe dazu eine ganz blöde Frage (habe kein floworks)

Kann man mit Floworks wirklich den Mechanismus "Wärmeleitung in festen Stoffen" abbilden?

Hat ja eigentlich erstmal gar nichts mit Strömung zu tun. Die Strömung entsteht ja i.d.R. außerhalb des festen Körper (z.B. Konvektion)

Kenne das vom "normalen" SW Simulation...

Gruß HPVD

[Diese Nachricht wurde von HPVD am 07. Okt. 2010 editiert.]

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polyeng
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ja, man kann auch reine Wärmeleitung in Festkörpern abbilden. Mit Strömung hat es nichts zu tun, aber der Solver muss ja eine sehr ähnliche Problemstellung lösen.

LG, Stefan

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HPVD
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erstellt am: 07. Okt. 2010 17:36    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von polyeng:
ja, man kann auch reine Wärmeleitung in Festkörpern abbilden. Mit Strömung hat es nichts zu tun, aber der Solver muss ja eine sehr ähnliche Problemstellung lösen.

LG, Stefan



gibt es dazu eine Doku was dabei möglich ist? Auch zeitliche Verläufe?
ist das dann in diesem Bereich eine Dopplung von den Fähigkeiten von "Simulation" (ehemals Cosmos)?

Vielen Dank!

Gruß HPVD

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reflow
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erstellt am: 07. Okt. 2010 22:19    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von HPVD:
[B]
gibt es dazu eine Doku was dabei möglich ist?

Ja!

Zitat:

Auch zeitliche Verläufe?

Ja!

Zitat:

ist das dann in diesem Bereich eine Dopplung von den Fähigkeiten von "Simulation" (ehemals Cosmos)

bedingt, der Fokus liegt hier darauf, thermische und strömungstechnische Vorgänge zu koppeln


HTHHope this helps (Hoffe, es hilft weiter)


Ron

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erstellt am: 08. Okt. 2010 08:04    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 polyeng 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von polyeng:
BTWBy the way (So nebenbei bemerkt)., falls das aus meinem bisherigen Post nicht herausgekommen ist: Simuliert wird das ganze in Solidworks FlowSimulation 2010. Das Programm sollte einen Aufheizvorgang eines Metallblocks ja an und für sich ausreichend gut widergeben können.

Kann ich in FloSimulation den Solver umstellen?

LG, Stefan


Oberlehrer an:
-----------------
Es würde helfen, wenn Du Dein Profil ausfülltest, statt im dritten Post endlich mal damit rauszurücken, daß Du ja in FWX simulierst.
-----------------
Zu Deinem Problem:

FWX hält speziell bei thermischen Simulationen eine Vielzahl von Fehlermöglichkeiten bereit, auf die man nicht unbedingt schnell kommt. Das eigentlich einfache zugehörige Experiment übrigens auch.

Spontan fallen mir ein:

- Temperaturverteilung im Solid; Es gibt nicht eine Temperatur, sondern immer ein Feld mit Maxima und Minima, die außerdem noch durch Deinen Block wandern.

- Kontaktflächen zwischen Solids; besonders auch die zum Thermoelement. Innige metallische Verbindung ist selten, meist liegt irgendwas undefiniertes vor. Eine Kurve wie Deine simulierte habe ich bespielsweise schonmal gemessen. Ursache war ein etwas unglücklich angebrachtes Thermoelement.

- maßliche Ungenauigkeiten können fatale Folgen haben, wenn zwei Solids, die sich in Wirklichkeit berühren (oder gar einen kleinen Abstand haben) sich im Modell leicht durchdringen.

- Wärmeaustausch durch Strahlung ist alles andere als trivial. Das schon deshalb,
weil FWX nur einen temperaturabhängigen Emissionskoeffizienten kennt. In Wirklichkeit ist der aber von der Wellenlänge der ausgetauschten Strahlung abhängig.

Noch was:

Nein, Du kannst den Solver nicht umstellen. Ich glaube auch nicht, daß es was ändern würde, denn ich vermute den Bock woanders.

HTHHope this helps (Hoffe, es hilft weiter)


Ron

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