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Hallo OpenFOAMer!

Im Moment schreibe ich an meiner Abschlussarbeit und möchte die Wärmeabgabe eines Rohres mit Hilfe von OpenFOAM simulieren. Ein wenig Erfahrung (ca. 4 Monate) habe ich schon mit OpenFOAM.

Das Problem lautet: Das Rohr befindet sich in einem Luftraum (siehe Bild). Die Verlustleistung (Wärmeabgabe) des Rohres wurde schon bestimmt. Diese soll entweder in Watt oder W/m³ angegeben werden. Die Wärme geht über an das Fluid, welches sich nur durch freie Konvektion bewegen soll und dann an die Außenwand eines weiteren Rohres.

Meine Frage ist jetzt, ob das mit OpenFOAM ohne Weiteres möglich ist (heißt mit den Standard-Solvern und Randbedingungen). Ich habe mir den Solver chtMultiRegionSimpleFoam angeschaut und der passt meiner Meinung nach wahrscheinlich am Besten. Ich würde mich über Tipps und Antworten sehr freuen    

[Diese Nachricht wurde von flowpow am 25. Mai. 2016 editiert.]

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Hi und willkommen,

wie du richtig erwähnt hast. cht für conjugated heat transfer. Andere Solver gibt es nicht, die Solid/Fluid Regionen koppeln.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Danke für die schnelle Antwort! Dann bin ich ja schon mal auf dem rechten Weg. Kann man dann in den Randbedingungen eine Wärmeleistung für den Leiter, wie beschrieben, angeben? Und wenn ja, wie?

[Diese Nachricht wurde von flowpow am 21. Apr. 2016 editiert.]

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Jup das kannst du machen. Entweder in Watt oder W/m^2.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Leider hab ich noch nicht wirklich den Durchblick bei manchen grundlegenden Eigenschaften von OpenFOAM.
Wo kann ich sehen wie die Dateien der Anfangs- & Randbedingungen der physikalischen Größen heißen müssen (also im Ordner 0/)? Kann man die völlig frei wählen oder gibt es eine Datei/Liste in der die Namen der einzelnen physikalischen Größen aufgezählt sind?
Ich versuche mich an die Tutorials zu halten, jedoch wird z.B. beim heatExchanger nur die Temperatur T angegeben.

Viele Grüße

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Hi,

das hat nicht mit grundlegenden Eigenschaften zu tun sondern ist einfach C++. Wenn du (ich hoffe) in Linux arbeitest und in dein Terminal "wasMachIchFalsch" eingibst, dann wird da auch nur eine Rückmeldung kommen das es diesen "Command" nicht gibt. Gleiches gilt bei OpenFOAM. Wenn du falsche Randbedingungen eingibst dann kommt auch nix bei raus außer die Liste die du verwenden kann. Das nennt sich "BannanaTrick".

Code:

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wall
{
    type   foobarBannanaOrWhatEver;
    value  uniform 23;
}

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Beim Starten des Solvers wird im Konstruktor der type analysiert und mit den Libs verglichen. Natürlich wird da keine Randbedingung drin sein die foobarBannanaOrWhatEver heißt. Entsprechend gibts ein Fehler und die Ausgabe der möglichen Randbedingungen. Solltest du irgendwann mal vim verwenden, kannst du auch mein Plugin verwenden, dass dir diese Arbeit erleichtert. Zusätzlich findest
du viele Randbedingungen unter:

Code:

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src
cd finiteVolume/fields/fvPatchFields/derived/

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Pfadangabe grad aus m Kopf. Kann also Fehler enthalten.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Hallo,

das war mir bereits bewusst. Danke aber für den Pfad mit den Randbedingungen  Ich glaube, ich habe mich nicht ganz gut ausgedrückt. Meine frage war, wie der Dateiname im Ordner 0 festgelegt ist (z.B. bei Temperatur T, bei Geschwindigkeit U, bei Druck p,...) oder wie die einzelnen Variablen überhaupt heißen in OpenFOAM.

Beste Grüße

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Ähm,... interessante Frage, wieso willst du das wissen    ?
Wenn du den Solver startest bekommst du eine Meldung ob was fehlt oder nicht. Manche Dateien werden einfach selber initialisiert oder gelesen wenn diese verfügbar sind. Wenn es dich interessiert welche Datei welche Größe repräsentieren, dann musst du halt den Quellcode anschauen. Gleiches gilt für Variablen die nicht in einem File stehen, wie oftmals nul, mul, phi etc.

Bspw. werden in allen Turbulenzmodellen im Konstruktor die entsprechenden Dateien gelesen und Objekte wie bspw. k, epsilon, omega, alphat, nut etc. angelegt. Auch andere notwendige Variablen werden hier definiert wie Koeffizienten etc.

Alle Namen korrespondieren zu entsprechenden Größen das entspricht aber auch ganz normaler Natur. Keiner würde U für die Enthalpie halten, oder?   

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Naja ich will die Leistung angeben. Dafür brauche ich ja eine Datei. Daher die Frage, wie die Datei und die Variable heißen müssten. Im Quellcode habe ich leider nichts gefunden.

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Na dann musst du halt die korrekte Randbedingung verwenden. Heißt also Trick anwenden:

Code:

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Valid patchField types are :

103
(
MarshakRadiation
MarshakRadiationFixedTemperature
advective
calculated
codedFixedValue
codedMixed
compressible::alphatJayatillekeWallFunction
compressible::alphatWallFunction
compressible::epsilonLowReWallFunction
compressible::epsilonWallFunction
compressible::fWallFunction
compressible::gaussTurbulentHeatFluxTemperature
compressible::kLowReWallFunction
compressible::kqRWallFunction
compressible:  megaWallFunction
compressible::thermalBaffle1D<hConstSolidThermoPhysics>
compressible::thermalBaffle1D<hExponentialSolidThermoPhysics>
compressible::turbulentHeatFluxTemperature
compressible::turbulentMixingLengthDissipationRateInlet
compressible::turbulentMixingLengthFrequencyInlet
compressible::turbulentTemperatureCoupledBaffleMixed
compressible::turbulentTemperatureRadCoupledMixed
compressible::v2WallFunction
convectiveHeatTransfer
cyclic
cyclicACMI
cyclicAMI
cyclicSlip
directionMixed
empty
energyJump
energyJumpAMI
externalCoupled
externalCoupledTemperature
externalWallHeatFluxTemperature
fan
fanPressure
fixedEnergy
fixedFluxPressure
fixedGradient
fixedInternalValue
fixedJump
fixedJumpAMI
fixedMean
fixedPressureCompressibleDensity
fixedUnburntEnthalpy
fixedValue
freestream
freestreamPressure
gradientEnergy
gradientUnburntEnthalpy
greyDiffusiveRadiation
greyDiffusiveRadiationViewFactor
inletOutlet
inletOutletTotalTemperature
mapped
mappedField
mappedFixedInternalValue
mappedFixedPushedInternalValue
mixed
mixedEnergy
mixedUnburntEnthalpy
mutLowReWallFunction
mutURoughWallFunction
mutUSpaldingWallFunction
mutUWallFunction
mutkRoughWallFunction
mutkWallFunction
nonuniformTransformCyclic
oscillatingFixedValue
outletInlet
outletMappedUniformInlet
partialSlip
phaseHydrostaticPressure
prghPressure
processor
processorCyclic
rotatingTotalPressure
sliced
slip
symmetry
symmetryPlane
syringePressure
timeVaryingMappedFixedValue
totalFlowRateAdvectiveDiffusive
totalPressure
totalTemperature
turbulentInlet
turbulentIntensityKineticEnergyInlet
uniformDensityHydrostaticPressure
uniformFixedGradient
uniformFixedValue
uniformInletOutlet
uniformJump
uniformJumpAMI
uniformTotalPressure
variableHeightFlowRate
wallHeatTransfer
waveSurfacePressure
waveTransmissive
wedge
wideBandDiffusiveRadiation
zeroGradient
)

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Und dann wahrscheinlich entweder compressible::turbulentHeatFluxTemperature, externalWallHeatFluxTemperature oder wallHeatTransfer. Dann musst du erstmal schauen was die Randbedingungen machen (also Header und Source File).

Heißt man geht in die erste rein und schaut sich an was da so steht:

Code:

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Description
    Fixed heat boundary condition to specify temperature gradient. Input
    heat source either specified in terms of an absolute power [W], or as a
    flux [W/m2].

    Example usage:

        hotWall
        {
            type            compressible::turbulentHeatFluxTemperature;
            heatSource      flux;        // power [W]; flux [W/m2]
            q               uniform 10;  // heat power or flux
            kappa           fluidThermo; // calculate kappa=alphaEff*thermo.Cp
            Qr              none;        // name of the radiative flux
            value           uniform 300; // initial temperature value
        }

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So und nun weißt du was du angeben musst und was welche Variable bedeutet. Wenn du keine BC findest die das macht was du willst dann eben alles mit Groovy machen.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Perfekt! Danke vielmals, das wollte ich wissen   

Shor-ty: Beitrag als gelöst markiert

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Hallo nochmal,

wie oben beschrieben würde ich gerne eine Wärmeleistung pro Volumen angeben. Ich habe gelesen, dass es über thermalBaffle funktionieren würde. Gibt es eine simplere Lösung und gibt es für meinen Fall vielleicht ein gutes Beispiel, das du kennst, an dem ich mich vielleicht besser orientieren könnte?

Viele Grüße

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Adhoc würd ich sagen das das nicht möglich ist, da es ganz einfach mathematisch unsinnig wäre eine Randbedingung zu setzen (also auf jedes Face (m²)) die ein Volumenstrom enthält. Volumenströme sind auf einzelne Volumen anzuwenden, ergo, das müsstest du in der Enthalpie/Temperaturgleichung machen (nicht als Randbedingung). Das wäre dann ein Source-Term, angegeben in [W/m³] der dann umgerechnet werden müsste (sofern das geht).

Es wäre auch immer sehr sehr hilfreich wenn du deine Aussagen/Vermutungen mit Quellen belegst. Mich würde das nämlich auch interessieren wo du das gelesen hast (bin schließlich auch nicht allwissend; verwende nur meinen normalen Kopf  )

Entsprechend eine Widerlegung deiner Aussage (Auszug aus ThermalBaffle):

Code:

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30 Description
  31
  32    This BC solves a steady 1D thermal baffle. The solid properties are
  33    specify as dictionary. Optionaly radiative heat flux (Qr) can be
  34    incorporated into the balance. Some under-relaxation might be needed on
  35    Qr.
  36    Baffle and solid properties need to be specified on the master side
  37    of the baffle.
  38
  39    \heading Patch usage
  40    Example of the boundary condition specification using constant
  41    solid thermo :
  42
  43    \verbatim
  44    myPatch_master
  45    {
  46        type  compressible::thermalBaffle1D<hConstSolidThermoPhysics>;
  47        samplePatch    myPatch_slave;
  48
  49        thickness      uniform 0.005;  // thickness [m]
  50        Qs              uniform 100;    // heat flux [W/m2]
  51
  52        Qr              none;
  53        relaxation      0;
  54
  55        // Solid thermo
  56        specie
  57        {
  58            nMoles          1;
  59            molWeight      20;
  60        }
  61        transport
  62        {
  63            kappa          1;
  64        }
  65        thermodynamics
  66        {
  67            Hf              0;
  68            Cp              10;
  69        }
  70        equationOfState
  71        {
  72            rho            10;
  73        }
  74
  75        value              uniform 300;
  76    }

---

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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Hi,

gelesen habe ich es unter: http://www.openfoam.org/version2.2.0/thermophysical.php

Zitat:

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thermalBaffle
This boundary condition can be applied to transfer thermal energy between both sides of the baffle. Heat transfer is solved for across a 3D region created by extrudeToRegionMesh, so in effect, the thermalBaffle has zero physical thickness in the flow domain, but non-zero thickness for thermal calculations. Across the encapsulated mesh region the boundary condition solves for a transient 3D heat equation during every solver iteration. The user can now select the thermodynamic models including radiation, with an option to specify a volumetric heat source (W/mˆ3) within the baffle region. An example setup for the 3D thermal baffle an image from a simple case demonstrating its use are shown below.

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Hab mir dann das Beispiel circuitBoardCooling unter buoyantSimpleFoam angeschaut. Da wird für die Baffle-Region Q in Watt pro Kubikmeter angegeben.

[Diese Nachricht wurde von flowpow am 28. Apr. 2016 editiert.]

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Hi,

danke für den Link, hab ich noch gar nicht gesehen  .
Allerdings bleibt alles beim Alten. Wie erwähnt ist das eine "Modellierung" der nicht disretisierten Solidregion mit einer physikalischen Modelldicke = 0 (in der Realität ist die schon da). Man betrachtet das dann mathematisch und führt dann einen Source-Term ein, der natürlich die Einheit W/(m^3) haben muss. Es ist also keine Randbedingung, da hier ein nicht diskretisiertes Volumen modelliert, ergo [W/m3]. Wieso man das macht liegt auf der Hand. Wenn man zwischen zwei Fluiden bspw. eine Wand mit einer Heizspindel hat, dann wäre die Modellierung recht komplex. Man kann das dann vereinfachen und schmeißt die Solidregion inklusive Heizspindel komplett raus (dann braucht man auch kein cht) und gibt einfach eine volumetrischen Wärmestrom an und modelliert das ganze mit der baffles Randbedingung.

An einer Wand kannst du diese Randbedingung nicht verwenden; wie erwähnt paarweise und zwischen diesen Baffles ist ein Solid mit einer optionalen Wärmeab- oder Zufuhr (deswegen auch W/m³). Wenn du aber solch einen volumetrischen Wärmestrom hast, dann hast du ja eigentlich ein ähnliches System, also wäre das dann vllt möglich. Da ich aber keine Ahnung habe was du simulierst und wie deine Bedingungen aussehen (Geometrie etc) kann ich dazu jetzt nicht sagen.

Zusammenfassen:

• Auf Rändern kein volumetrischen Wärmestrom möglich (macht auch kein Sinn)
  
• thermalBaffles sind für Solids in denen Wärmezu- oder Abfuhr modelliert werden soll, ohne das physikalische zu machen. Man macht das also mathematisch mittels Gleichungen. Funktioniert auch super, da die Wärmeleitung lediglich die Laplace-Gleichung darstellt allerdings ist man hier halt auch beschränkt auf mehr oder weniger Plane-Flächen (aber ist ja meistens eh der Fall).
  

Grüße und ich hoff es ist jetzt klarer.
PS: Im Tutorial siehst du auch ganz genau das beide Seiten (baffles) gekoppelt sind (_master, _slave), parallel zueinander stehen müssen etc.

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Viele Grüße,
Tobias Holzmann

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