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Guten Tag,

ich habe eine Frage zum Wärmeübergangskoeffienten. Und zwar habe ich den Wärmeübergang von einem heißen Blech auf eine kalte Platte mit chtMultiRegionFoam simuliert. Das hat auch prima funktioniert. Allerdings wird ja bei der Simulation von einem idealen Kontakt der beiden Platten ausgegangen, womit der Wärmeübergangskoeffizient größer als in der Realität ist.

Besteht die Möglichkeit den Wärmeübergangskoeffienten manuell einzutragen? Den realen Übergangskoeffienten kann ich dafür aus einer Versuchsreihe entnehmen.

Und ist es möglich, den durch die Simulation berechneten Wärmeübergangskoeffienten anzeigen zu lassen?

Viele Grüße,
Eugen

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Hi,

ich melde ebenfalls interesse an der Lösung an. Habe gerade eine ähnliche Aufgabenstellung wo mich der Koeffizient interssiert. Falls du inzwischen eine Lösung gefunden hast, würde ich die gerne auch wissen 

Gruß
Jens

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Gruß
Jens

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Hallo zusammen,

ich habe in meinem Praxissemester einiges mit der Wärmeübertragung und Validierung thermoelektrischer Generatormodule unternommen.
Dabei hatte ich auch einige Kalibrierblöcke (reines Kupfer 99,9%) zur Bestimmung des Wärmestroms. Allerdings ist mir kein Wärmeübergangskoeffizient bezüglich eurem Fall bekannt oder besser "Mir ist dieses physikalische Effekt eines Wärmeübergangskoeffizienten zwischen zwei Festkörpern nicht bekannt".

Es gibt ein Temperaturversatz an der Kontaktstelle aber das hat nichts mit einem WÜK zu tun. Ihr könnt mich gerne korrigieren aber in Festkörpern tritt nur Wärmeleitung auf. Von Fluiden zu Festkörpern gibt es ein Wärmeübergangskoeffizienten Alpha der vom Fluid und der Strömungscharakteristik (Nu-Zahl=f(Re,Pr)) abhängig ist. Es gibt dann noch Durchgangskoeffizienten der dann die verschiedenen Wärmeübergangskoeffizienten + Wärmeleitfähigkeiten beinhaltet, sofern Systeme betrachtet werden in denen mehrere Fluide + Solide zusammen sind. Da gibt's ja diese tolle Formeln.

In eurem Fall - und auch aus meinen Messungen hervorgehend - ist euer Problem die Kontaktstelle, die zu einem Temperatursprung führt (Kontaktwiderstand). Kann man auch berechnen, wenn die Messdaten vorliegen. Demnach dürfte es mit GroovyBC möglich sein den Kontaktwiderstand in das Interface einzubauen und dann wäre das die Lösung eures Problems. http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmewiderstand

Ich kann mich auch irren - bzw. verstehe ich eure Frage dann falsch, da ich meiner Meinung diesbezüglich sehr starkes Vertrauen schenke. Hab mich damit auch lang genug mit der Wärmeübertragung auseinandersetzen müssen.

Ansonsten einfach korrigieren. Nobody is perfect 

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Grüße Tobias Holzmann

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Hallo,
vielen Dank für die Antwort.

Es gibt schon eine Art Wärmeübergangskoeffizienten, da zwischen den beiden Platten (aufgrund der Rauhigkeit) ein kleines Luftpolster liegt. Das heißt, man hat theoretisch einen Übergangswiderstand von:

1/k = 1/α_L1 + 1/α_L2
mit α_L1 = Wärmeübergangskoeffizient von Platte1 zur Luft
und α_L2 = Wärmeübergangskoeffizient von der Luft zur Platte2
k wäre dann der Gesamtwärmeübergangskoeffizient.

In meinem Fall geht es speziell um das Presshärten. Es gibt Versuchsmessungen, die den Wärmeügergangskoeffizienten in Abhängigkeit des Anpressdruckes darstellen. Je höher der Anpressdurck, desto kleiner ist der Luftspalt zwischen den Platten, was zu einem höheren Wärmeübergang führt.

Viele Grüße,
Eugen

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Nagut,

in deinem Fall gebe ich dir schon recht. Wenn man so ins Detail geht, dann hat man natürlich zwischen den Hügeln und Tälern der beiden Platten ein Fluid. Die Frage ist nur in wie weit sich das auch als Wärmeübergangskoeffizient definiert. Für mich ist der Wärmeübergangskoeffizient in Strömungen vorhanden. In deinem Fall wirst du kaum eine Strömung vorliegen haben - ggf. höchstens molekulare Transportvorgänge durch die Luft. Darüber könnte man sicherlich eine Doktorarbeit verfassen.

Die Sache mit dem Druck ist klar. War bei mir damals auch nicht anders. Je höher der Anpressdruck, desto kleiner der gemessene Temperatursprung.

Ist USIBOR 1500 ein spezielles Material mit eine bestimmten Rauigkeit?

Code:

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1/k = 1/α_L1 + 1/α_L2
mit α_L1 = Wärmeübergangskoeffizient von Platte1 zur Luft
und α_L2 = Wärmeübergangskoeffizient von der Luft zur Platte2
k wäre dann der Gesamtwärmeübergangskoeffizient.

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Das ist mir durchaus bewusst. Gibt das ganze ja dann noch mit dem Log. Gesetz bei Zylindern usw. Aber die Differenzierung hierfür ist bei mir noch nicht ganz klar. Diesen Wert kann man ja nicht über die Nu Korrelation berechnen. Das sind ja quasi einzig und allein Messwerte die dann aufbereitet worden sind. Deine Grafik ist ja nichts anderes als der Kehrwert des von mir angesprochenen Wärmewiderstands (nur eben noch bezogen auf die Fläche). Entsprechend hast du dann die gleiche Einheit wie die des Wärmeübergangskoeffizienten Alhpa bei Fluidströmungen. Also hab ich wieder was gelernt, wobei es für mich trotzdem kein direkter Wärmeübergangskoeffizient ist sondern ein Wärmewiderstandswert in [K/W] 

Wie auch immer - OpenFOAM kann das jedenfalls nicht berechnen.
Du kannst höchstens mit einer eigenen RB den Einfluss bzw. die Zahlenwerte die du empirisch vorliegen hast mit einbinden.

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Grüße Tobias Holzmann

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Was der Threadersteller möglicherweise meint ist kein Wärmeübergangskoeffizient, sondern ein Kontaktwärmewiderstand oder ein thermischer Kontaktwiderstand. Dieser wird meist in m²K/W angegeben.

Ich habe erst vor kurzem eine BC geschrieben, welche auf turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed basiert, und es ermöglicht, entweder einen thermischen Kontaktwiderstand oder eine Materialschichtdicke mit einer Wärmeleitfähigkeit zu definieren.

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Kann man diese BC irgendwo einsehen?

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Grüße Tobias Holzmann

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Klar, ich habe sie auf Github. Mir ist nur gerade aufgefallen, dass ich den neuesten Stand nicht gepushed habe. Ich werde mich heute abend mal darum kümmern und euch dann den Link geben.

[Diese Nachricht wurde von badim am 28. Jan. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von badim am 28. Jan. 2014 editiert.]

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Also die BC inklusive Tutorial findet ihr hier. Getestet ist das ganze im Moment nur mit OpenFOAM 2.2.2, aber ich denke dass mindestens jede 2.x funktionieren sollte.

Es gibt drei Möglichkeiten den Kontaktwiderstand zu definieren:

• Thermischer Widerstand in K/W
  
• TIM (thermal interface material) definiert über Dicke in m und Wärmeleitfähigkeit W/m/K
  
• Kontaktwärmeleitfähigkeit in W/m^2/K, entspricht also einem "Wärmeübergangskoeffizienten" bzw. dem Kehrwert eines thermischen Kontaktwiderstandes
  

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Hallo Badim,

dein Code sieht gut aus.
Wie lang arbeitest du schon mit OpenFOAM und C++ ?

Hast du das schon im cfd-online Forum gepostet? Könnten sicherlich mehrere interessiert sein.

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Grüße Tobias Holzmann

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Mit OpenFOAM habe ich seit 2-3 Jahren mal mehr mal weniger zu tun.

Ich hab immer wieder mal Kleinigkeiten programmiert, wenn ich was gebraucht habe. Ein größeres Projekt, das ich vor kurzem mal angefangen hatte, war ein kartesischer Mesher, welcher die Hexaeder nicht wie snappyHexMesh snapt, sondern zerschneidet. Aktuell funktioniert das aber nur für einfache Geometrien, welche jede Zelle nur einmal schneiden.

Mein Hauptproblem mit OpenFOAM ist aktuell, dass ich nur mit realen CAD-Geometrien zu tun habe (Thermosimulation). Verschiedene Bauteile mit Schrauben, Platinen usw. Teilweise Gehäuse mit Wandstärken um ca. ein Millimeter und Kantenlängen von 100-400 mm. Snappy kann sowas vernetzen, aber die Elementanzahlen, die bei sowas rauskommen sind abartig.

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Auf CFD-online hab ich den Code noch nicht verlinkt. Aber wenn der Code tatsächlich das macht, was er soll, dann kann ich das demnächst durchaus einmal nachholen.

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OpenFOAM 2.3 integriert einen thermischen Kontaktwiderstand in die Randbedingung compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed. [1]

Es lassen sich thermal interface materials über Dicke und Wärmeleitfähigkeit definieren. Die Kontaktwärmeleitfähigkeit und ihr Kehrwert der thermische Kontaktwiderstand lassen sich im Prinzip auch angeben, denn es gilt:

Kontaktwärmeleitfähigkeit [W/m²/K] = Wärmeleitfähigkeit [W/m/K] / Dicke [m] = 1 / thermischer Kontaktwiderstand [m²*K/W].

[1] OpenFOAM® v2.3.0: Thermal Modelling

[Diese Nachricht wurde von badim am 17. Feb. 2014 editiert.]

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