Граничное условие на нагретой поверхности

[Илья К. 0]

Доброго времени суток.

Подскажите, пожалуйста, у меня есть источника тепла размером 1000х1000 мм, температура поверхности 500 градусов.

Как правильно задать граничные условия для этой поверхности, чтобы смоделировать конвективный поток?

Решал внешнюю задачу. Температура окружающего воздуха 20 градусов. Задавал на поверхности (ГУ реальная стенка) только температуру равную 500 градусов (коэффициент теплоотдачи не задавал).

Также задавал на этой поверхности тепловой поток равный 5667 Вт (посчитал по формуле для своих условий).

По результатам моделирования для двух случаев получается разная картина распределения температур. Отсюда вопрос: как адекватно задавать ГУ на нагретой стенке?

 

 

[an_rushin 128]

1. включить притяжение земли.
2. коефф. теплопередачи не нужен, вполне хватит температуры.
3. альтернативно можно задать тепловую мощность.

лучше всего, рисуйте подробный эскиз с условиями. дело нехитрое, решим.

 

[Илья К. 0]

33 минуты назад, an_rushin сказал:

1. включить притяжение земли.
2. коефф. теплопередачи не нужен, вполне хватит температуры.
3. альтернативно можно задать тепловую мощность.

лучше всего, рисуйте подробный эскиз с условиями. дело нехитрое, решим.

 

Спасибо.

Интересует в первую очередь почему такое расхождение результатов?

Значение теплового потока посчитал по формуле: (коэф. теплоотдачи * разность температур * площадь нагретой поверхности). 

Разность температур 500-20=480
Площадь 1 кв. м
Коэф. теплоотдачи равен 10,16 (по формуле из справочника Староверова посчитал для воздуха)

 

Вот такие результаты получились.

В-первом случае задавал тепловой поток.

Во-втором температуру поверхности.

В-третьем температуру поверхности и коэф. теплоотдачи.

Гравитация выключена (попробую еще с гравитацией пересчитать).

Почему такое расхождение температур?

Вроде бы тепловой поток считается по разности температур, но в Солиде картина другая

Изменено 13 апреля 2020 пользователем Илья К.

[karachun 2 038]

1 час назад, Илья К. сказал:

Почему такое расхождение температур?

Коэффициент теплоотдачи получается из расчета. Возможно по аналитике Вы посчитали неправильно - показывайте по какой формуле считали. Третий результат вообще за гранью понимания - температура воздуха выше температуры стенки.

Изменено 13 апреля 2020 пользователем karachun

[Илья К. 0]

1 час назад, karachun сказал:

Коэффициент теплоотдачи получается из расчета. Возможно по аналитике Вы посчитали неправильно - показывайте по какой формуле считали. Третий результат вообще за гранью понимания - температура воздуха выше температуры стенки.

Возможно и так.

Считал по формуле для воздуха из справочника Староверова для вентиляции:

коэф. теплообмена = 1,3 * (разность температур)^(1/3).

Построил вокруг детали непроницаемые стенки (решал внутреннюю задачу), на одной стенке задал ГУ

"атмосферное давление". На поверхности источника задавал тепловой поток.

Получил адекватную картину распределения температур.

Однако, когда задаю на поверхности только температуру (ГУ "реальная стенка") характер изменения температуры похожи, но значения в последнем случае ниже.

[MotorManiac 130]

1 час назад, Илья К. сказал:

коэф. теплообмена = 1,3 * (разность температур)^(1/3).

Странная зависимость без чисел подобия и прочих критериев.

 

4 часа назад, Илья К. сказал:

В-первом случае задавал тепловой поток.

Во-втором температуру поверхности.

 

Так это одно и тоже по сути, только с разными уравнениями.

Собственно, задача то в чем ?

[karachun 2 038]

@Илья К. Точно результаты и не совпадут. Обычно по формулам можно посчитать простые случаи, наподобие вертикальной/горизонтальной пластины а у Вас модель сложнее. Больше того конвекция здесь не свободная а вынужденная - воздух удаляется не за счет тяги.

Так что воспринимайте результаты ручного расчета как первое приближение. Можете найти мощность для варианта с загаданной температурой и сравнить ее с тем что насчитали по формуле.

Больше того - пока не ясно для какого случая Ваша формула вообще применима - вертикальная/горизонтальная плоскость, или может это просто некоторый осредненный коэффициент для всего сразу. Скиньте несколько страниц из пособия, где описываются границы применимости Вашей формулы.

1 час назад, Илья К. сказал:

Считал по формуле для воздуха из справочника Староверова для вентиляции

Это прекрасно, но у меня нет никакого желания искать в этом учебнике Вашу формулу и смотреть к чему она относиться.

UPD. Еще учтите что при 500 градусах значительная часть тепла будет передаваться излучением, это тоже нужно учесть.

Изменено 13 апреля 2020 пользователем karachun

[karachun 2 038]

Без радиации никак нельзя, даже со степенью черноты 0.5, мощность, передаваемая за счет радиации в два раза больше той, что Вы насчитали.

Изменено 13 апреля 2020 пользователем karachun

[MotorManiac 130]

5 минут назад, karachun сказал:

Без радиации никак нельзя

На заводе печь запускали под штамповочный пресс, помню что проходил между двадцати тонными штампами, которые имели остаточную Т  ~ 100-200C , так было очень даже тепло . А тут 500С - погорит народ :(

[Илья К. 0]

38 минут назад, MotorManiac сказал:

 

Ознакомился со всеми комментариями.

По поводу формулы для коэффициента теплоотдачи согласен, скорее всего автор справочника по опыту проектирования примерную зависимость написал для упрощения расчетов.

Величину 500 градусов задавал для примера решения подобной задачи. Попробую задать температуру поверхности меньше, 200-250 градусов. 

По поводу теплообмена за счет радиации не хотелось бы пока рассматривать в примере ее.

[MotorManiac 130]

2 минуты назад, Илья К. сказал:

По поводу теплообмена за счет радиации не хотелось бы пока рассматривать в примере ее.

 

Тогда расчет не совсем корректен будет. С излучением равновесная Т стенки уменьшится, а значит и конвективные токи.

А в чем конкретно задача ? получить картинки ? вроде они получились. 

[an_rushin 128]

гм... а где вход воздуха в расчетную область? выход вижу, но где вход?

 

[Илья К. 0]

1 час назад, MotorManiac сказал:

 

Тогда расчет не совсем корректен будет. С излучением равновесная Т стенки уменьшится, а значит и конвективные токи.

А в чем конкретно задача ? получить картинки ? вроде они получились. 

Хотелось бы получить адекватное распределение температур от источника до входа в вытяжной зонт

40 минут назад, an_rushin сказал:

гм... а где вход воздуха в расчетную область? выход вижу, но где вход?

 

Там выше на рисунках внешняя задача решалась. Вход воздуха был в расчетной области с боков и сверху.

[MotorManiac 130]

В 14.04.2020 в 01:06, Илья К. сказал:

Хотелось бы получить адекватное распределение температур от источника до входа в вытяжной зонт

Сетку мельчите, считайте лучше в 2д постановке с симметрией. Тогда получите более-менее нормальный результат.

[danzas 103]

В 16.04.2020 в 00:48, MotorManiac сказал:

Сетку мельчите, считайте лучше в 2д постановке с симметрией. Тогда получите более-менее нормальный результат.

1. Если строго, то 2D можно считать для поверхности - круга.

Для квадратной пластины 2D не подойдет.

2. ИМХО задавать мощность источника тепла некорректно, поскольку решатель начнет вычислять баланс подводимого и отводимого тепла и, как следствие, будет вычислять и равновесную температуру поверхности для установившегося стационарного процесса теплообмена, и эта температура наверняка не будет 500 гр.

По изначальной постановке вопроса задавать нужно именно температуру поверхности, 

решатель будет считать ее постоянной и от нее и рассчитает количество уносимого тепла.