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Hallo zusammen!

Ich habe ein einfaches Problem aus dem Bereich der Wärmeleitung. Da ich bisher eher in der Strukturmechanik zuhaus war bin ich auf diesem Gebiet relativ unwissend.
Die Problemstellung sieht wie folgt aus:
Ich habe ein Teil aus Gusseisen, welches an einer Seite durch Heizelemente auf 150°C erhitzt wird. An allen anderen Oberflächen des Gusseisenteils ist (unbewegte) Luft bei Raumtemperatur. Die Frage ist nun, was sich an den nicht erihitzten Oberflächen für stationäre Temperaturen einstellen.

Ich habe das Bauteil als .igs in Abaqus CAE (V6.10) eingeladen und mit DC3D10 Elementen diskretisiert.
Bei der Material-Definition habe ich neben E-Modul, Querkontraktionszahl und Dichte auch noch Coductivity definiert.

Folgende Fragen habe ich nun für die Simulation:
- Ist es nätig hier einen transiente Analyse durchzuführen oder reicht ein Steady-State Step?
- Die Heizplatte wird nicht simuliert, sondern an der entsprechenden Oberfläche am Gusseinsen eine BC mit 150°C vorgegeben. Wie definiere ich aber die Umgebungstemperatur von 20°C? Wenn ich das auch als BC mache verändert sich die Temperatur an der Oberfäche ja nicht.
- Welche zusätzlichen Lasten oder Fields oder ähnliches muss ich für meine Problemstellung festlegen?

vielen Dank schonmal im Voraus!

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Das Bauteil ist also von unendlich viel Luft mit 20°C umgeben. Der Wärmeaustausch erfolgt via freier Konvektion. Wärmestrahlung wird man wohl vernachlässigen können.

Was Du brauchst sind die Wärmeübergangszahlen für die Oberflächen. Falls Du die nicht numerisch ermitteln kannst, dann z.B. über Dubbel, VDI-Wärmeatlas etc. Stichworte sind Grashoff-Zahl, Nusselt-Zahl etc..

Die Wärmeübergangszahlen zusammen mit der Sink-Temperatur (20°) gibts Du via *SFILM oder *FILM auf Dein Modell drauf.

Rechnung HEAT TRANSFER mit Steady State sollte eigentlich funktionieren

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Danke erst mal für die Antwort!
Mein problem ist aber, dass ich ja die Oberflächentemperatur im Bauteil wissen will, und wenn mich nicht alles täuscht hängt der wärmeübergangskoeffizient doch von der temperaturdifferenz des bauteils und des umgebenden mediums ab, oder liege ich da falsch? der wärmeübergangskoeffizient müsste demnach nicht über das gesamte bauteil konstant sein, sondern je höher desto höher die bauteiltemperatur an der bestimmten stelle ist, oder liege ich da falsch?

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Falls Dein Bauteil sehr komplex ist und Du hohe Ansprüche an die Genauigkeit hast, dann sind, wie schon erwähnt, die Wärmeübergangszahlen numerisch zu ermitteln, z.B. via CFD Analyse.

Für einfache Geometrien stehende/liegende Platten/Rohre etc. gibt es Formeln die Du heranziehen kannst. Für den Fall, dass Dein Bauteil z.B. Würfelcharakter hat dann Bodenfläche = liegendePlatte und SeitenWände= stehende Platte u.s.w.

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Vielen Dank nochmal!
Ja, leider ist bei dem bauteil die oberfläche eine recht komplexe freiformfläche und für die berechnung erforderliche genauigkeit kann ich diese auch nicht durch einfache geometrien approximieren.
Kann ich in einer Abaqus CFD Analyse den Heat Transfer Coefficient als Lösung erhalten oder brauche ich dafür extra Software bzw. gibt es dafür geeignetere Methoden?

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Die optimale Herangehensweise ist natürlich die mit einem CFD-Löser. Ich würde es dann gleich gekoppelt rechnen, also Wärmeleitung im Bauteil und freie Konvektion in einem Modell.
Abaqus CFD sollte das rein formal könnnen, ob Du allerdings Freude daran hast wage ich zu bezweifeln. Der Code ist noch recht neu. Mit Fluent, StarCd etc. ists wahrscheinlich viel einfacher.

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Jetzt hab ich nochmal eine Frage bezüglich der Einheiten.
Wenn ich mein Bauteil in CATIA V5 erstelle dann bemaße ich das in mm.
Dann mache ich ein igs draus und imporitere es in abaqus CAE v6.10
Die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeübergangskoeffizient bezieht sich aber auf m bzw. m^2.
muss ich dann bei der eingabe der werte für die wärmeleitfähigkeit statt 43 W/(mK) den Wert 43*10E-003 W/(mmK) bzw beim Wärmeübergangskoeffizienten 20*10E-006 (W/mm^2K) definieren?

[Diese Nachricht wurde von felixmiberg am 27. Mai. 2011 editiert.]

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Die verwendeten Einheiten müssen konsistent sein, also z.B. m,kg,s. Also auch Dichte anschauen falls instationär

43 W/mK = 43 Nm/smK = 43 N/sK für den Fall, dass Du mit mm,tonnen,sek rechnest beispielsweise

 

[Diese Nachricht wurde von Goldstein am 27. Mai. 2011 editiert.]

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Vielen Dank für den Hinweis.
Dann würde aber für den Wärmeübergangskoeffizienten trozdem ein Faktor von 10^-3 bleiben, oder?
1 (W/m^2K) = 1 (Nm/sm^2K)= 1 (N/smK) = 1 (N/1000mmsK) = 1*10^-3 (N/mmsK).

[Diese Nachricht wurde von felixmiberg am 27. Mai. 2011 editiert.]

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