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test_mechanica_einfach.zip

Hallo zusammen,

da ich ein Frischling im Bereich von Pro Mechanica bin brauchte ich mal einen guten Rat.
Ich möchte anhand einer transienten Wärmeanalyse einen entsprechenden Kühlkörper aus AL optimieren.
Bevor wir Mechanica hatten, haben wir immer im Pro Engineer die notwendige Gesamtkühlfläche über Analyse/Modell/Masseneigenschaften/Flächeninhalt ermittelt und dann die Prototypen usw.
kurze Angaben für die Analyse in Pro Mechanica/Thermal:
- 3x Wärmelasten je 15,4 Watt (max Sperrschichttemperatur an der Wärmelast max. 125 Grad Celsius)
- thermischer Widerstand pro Wärmelast = 3,6K/W
- Kühlkörpertemperatur max. 70 Grad Celsius
- Umgebungstemperatur 25 Grad Celsius
Im Anhang befindet sich ein einfaches Modell der Verständlichkeit halber, an dem ich mich schon vergeblich versucht habe, sowie zwei JPEG's von den zwei Messpunkten.
Warum bleibt bei beiden Messpunkten die Temperatur gleich?
Wie wird die Wärmeübertragungsrate in meinem Fall definiert?
Welchen Temperaturwert gibt man bei der Definition der transienten Wärmeanalyse an?
Danke im Voraus.
Gruss Martin

[Diese Nachricht wurde von keule1 am 05. Sep. 2007 editiert.]

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Hallo Martin,

ich glaube, Dein Problem liegt im Einheitensystem. Du gibst die Wärmelast in Watt ein, hast aber ein eigenes Einheitensystem gewählt (mm, g, s). Du musst dann sauber alle Einheiten auf Dein System umrechnen. Ich kann aus eigener Erfahrung nur Empfehlen in einem SI System zu rechnen, besonders bei thermischen Problemen. Es empfiehlt sich das System m, kg, s. Dann kannst Du auch die Wärmelasten in Watt angeben. Bei Deinem Beispiel kommt bei der Umstellung auf SI Einheiten eine Wärmelast von 1.54e-8 W heraus, doch etwas wenig, oder?

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Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

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test_mechanica_einfach_geändert.zip

Hallo Christian,

danke für die Antwort.
Das Einheitensystem habe ich geändert, aber ich komme trotzdem zu keinem guten Ergebnis.
Die Messpunkte zeigen mir nur einen konstanten Wert (Anfangstemperatur = 25 Grad Celsius) bei einer Zeitvorgabe von 10min.
Kannst du mir vielleicht helfen und die benötigten Definitionen ergänzen oder verändern, zwecks Veranschaulichung?
Gruss
Martin

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Hallo,

ich denk mal, dass deine Wärmelast zu klein ist damit du eine Veränderung an der Temperatur siehst! Habs mal mit einem höheren Wert (10³) gerechnet und dann kommt auch kein konstanter Verlauf der Temperatur mehr raus!

Gruß

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marcel

[Diese Nachricht wurde von kilma am 07. Sep. 2007 editiert.]

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Hallo Marcel,

okay bei einer höheren Wärmelast verändert sich auch der Temperaturverlauf, aber wie komme ich mit den vorgegebenen drei Wärmelasten von je 15,4 Watt auf eine aussagekräftige Analyse, um mit dieser dann den Kühlkörper zu optimieren.
Gruss
Martin

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Warum rechnest Du transient? Das ist doch ein quasi stationäres Problem, oder? Hätte dann auch den Vorteil, dass Du mögliche Modellfehler besser erkennen könntest.....

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Hallo Maccias,

transiente Wärmeanalyse, weil ich wissen muss, nach welcher Zeit die Höchsttemperatur an den vorgegebenen Messpunkten erreicht ist und diese auch konstant bleiben.
Ich habe aber noch ein Problem bei dem ich noch Hilfe benötige und zwar steigt bei den Analysen je länger die Zeit ist im Verhältnis auch die Temperatur, was nicht sein darf und es kommt somit keine anschließende gleichbleibende Temperatur zustande.
Zu der stationären Wärmeanalyse:
Wie würdest Du denn anhand der oben genannten Werte die stationäre Wärmeanalyse starten?

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Leider habe ich nur WF2 und kann daher die Dateien nicht öffnen....
Die Wäremquellen liegen doch ständig an, oder? D.h. Du kannst zur Optimierung des Kühlkörpers von einem stationären Zustand ausgehen. Warum ist der Zeitpunkt der Maximaltemperatur wichtig? (Dieser Zeitpunkt liegt ja rein theoretisch sowieso im Unendlichen, wenn sich an Deinen Lasten/Randbedingungen nichts ändert)

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Schade das Du nur WF2 hast......
1.Die vorhandenen Wärmelasten sind zeitlich abhängig, deshalb die Sache mit der gleichbleibenden max. Temperatur.
2. Ich möchte die erstellten t. Analysen später mit den im Labor gemessenen zeitlichen Temperaturprüfungen vergleichen.

Das was Du in den Klammern beschreibst ist genau mein Problem.
Also, wie bekomme ich die Einstellungen so hin, das wirklich nach einer bestimmten Zeit die max. Temperatur erreicht ist und auch konstant bleibt???

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Hi,

Dein Modell konnte ich öffnen. Dort habe ich nur die Wärmelasten entdeckt, also keine Randbedingungen wie z. B. Konvektion (im Prinzip ist die Konvektion auch temperaturabhängig). Wieso soll dann die Temperatur irgendwann konstant bleiben, wenn keine Wärme abgeführt werden kann? Es fließt Wärme ins System und nichts "hinaus"?

Wenn sich die Temperatur nach gewisser Zeit nicht mehr ändert, wurde das Gleichgewicht erreicht ("Energie_rein"="Energie_raus").

Vielleicht aber brauchst Du das alles nicht und möchtest nur herausfinden - ohne die Konvektion zu berücksichtigen - nach welcher Zeit die kritische Temperatur an einem Meßpunkt erreicht wurde?

Gruss Paul

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Hallo Paul,

genau das ist doch mein Problem. Es fließt nur Wärme ins System und nichts hinaus.
Benötigt wird aber so wie Du es schon beschrieben hast("Energie_ rein"="Energie_raus".
Vielleicht kannst Du mir helfen, welche Randbedingungen ich noch ergänzen muß oder
noch besser wäre, wenn Du mir diese in dem Modell eintragen könntest.
Das wäre sehr hilfreich für mich.

Gruss Martin

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Naja, eine Konvektionsbedingung musst Du natürlich schon definieren! (->Einfügen ->konvektive Randbedingung) Das ist ja Sinn und Zweck eines Kühlkörpers! Anders kann sich doch nie ein Gleichgewicht einstellen!
Im Prinzip sind alle freien Flächen mit Konvektionsbedingungen behaftet (wenn sie nicht gerade im Vakuum liegen). Und diese Konvektionsbedingungen sind i.d.R. auch die Schwierigkeit bei Wärmeanalysen, weil nämlich keiner die genauen Wärmeübergangskoeffizienten kennt.....

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Was für Anströmung hast Du Lüfter oder natürliche Konvektion?
Was verstehst Du unter transient (Einschaltvorgänge oder Kurzfristige Überlast usw.)
Oder geht es dir um die Wärmeverteilung im Kühlkörper im stationären Zustand (Übergangswiderstände zwischen Bauteilen nicht vergessen)
Mit Mechanica wirst Du IMHO für diesen Fall viele Annahmen treffen müssen.
Noch ein kurzer Hinweis auf Spezialprogramme zur Thermosimulation in der Elektronik z.B Flotherm und  ANSYS ICEPAK (wir arbeiten mit Flotherm)

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Servus
Alois      Keine Mouseover-Werbung zwischen den Zeilen!!!!

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Kuehler.zip

Hallo Martin,

anbei ein beispielhaftes Modell. Die Ermittlung etnsprechender Wärmeübergangszahlen kann manchmal mathematisch deduktiv erfolgen, oder es liegen experimentelle Messungen vor.

Gruss Paul

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Zuerst mal ein großes Dankeschön für die ganzen Antworten.
Es ist eine natürliche Konvektion.
Mit transient meine ich wie lange es dauert, bis die max. Temperatur gleichbleibend ist.
Danke nochmal an Paul für das Model.
Genau so sollte es sein. Super.
Trotzdem habe ich noch eine Frage.
Sind die beiden eingegebenen Werte bei den Wärmeübergangskoeffizienten u. den Umgebungstemperaturen Erfahrungswerte?

Gruss Martin

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alpha.jpg

Hallo Martin,

nein, es sind keine Erfahrungswerte. Die Ermittlung der Wärmeübergangszahl ist leider etwas komplizierter, s. Bild. Am besten wären Meßwerte, z. B. von einem ähnlichen Vorgänger.

Gruss Paul

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Hallo Paul,

wir haben einen ähnlichen Vorgänger mit den entsprechenden Labormesswerten.
OK die könnte ich zwecks Anpassung verwenden. Aber wird dadurch nicht das Ergebnis verfälscht?
Hast Du eine Beispielrechnung für die Wärmeübergangszahl?
Ich möchte halt bei der Analyse keinen Fehler machen.

Gruss Martin

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nusselt.jpg

Hallo Martin,

glaube mir, Du wirst einen größeren Fehler machen, wenn Du Dich in die Tiefen der Thermodynamik begibst. Nimm lieber die Meßwerte von einem geometrisch ähnlichen Teil, ist besser so.

Anbei ein Auszug/Beispiel unserer Rechnung:

Wie gesagt, es ist nicht ganz einfach...

Gruss Paul

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Zitat:

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Original erstellt von ToTacheles:
Wie gesagt, es ist nicht ganz einfach...

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Bei größeren Temperaturdifferenzen kommt auch noch Strahlung zum tragen

Gutes Thermodynamikbuch  Strömungsdynamikbuch
oder als erster Anhalt http://www.thermoconsult.de/Artikel/Rippen-KK.pdf
oder entsprechende Software

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Servus
Alois      Keine Mouseover-Werbung zwischen den Zeilen!!!!

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Hallo Paul, hallo Anagl,

.... nicht ganz einfach??? Gut gesagt.
Ich werde mich dann doch noch mehr einlesen müssen.
Danke für die Informationen.
Achso welches Thermodynamikbuch könnt ihr mir empfehlen?
Am besten eins mit vorhandenen Berechnungsbeispielen, um die Thematik besser zu verstehen.

Gruss Martin

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ich hätte dazu mal ne Frage,

Unter Wärmelast gebe ich die Wärmeübertragungszahl ein.
handelt es sich dabei um die Angabe wieviel Watt pro Kelvin von der Oberfläche des Körpers zu einer anderen Oberfläche transportiert wird?
Wie teile ich dem Modell mit wieviel Wärme erzeugt wird?

Edit: ich ziehe meine Frage zurück:
Ich habe den Begriff Wärmeübertragungsrate mit dem Wärmeleitwert interpretiert

[Diese Nachricht wurde von pacer_one am 18. Okt. 2007 editiert.]

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