Регулирование температуры давлением газов.

[morelia 3]

Добрый день. 

Нуждаюсь в помощи специалистов.

Есть следующая задача.

Образец круглого сечения диаметром 6 мм длиной 26мм помещен в корзину. Корзина состоит из трех ярусов. КОрзина помещена в канал, который заполнее гелием. 

 

Geom.scdoc

В образцах по максимуму задано тепловыделение 10МВт/м3. Корзина алюминиевая тепловыделение 3 Мвт/м3.

В модели  задаю давление гелия через Operating condition. Торцы канала принимаем адиабатическими.

Снаружы канал охлаждается водой. Температура воды на входе 50 на выходе принимаем 66 граждусов. Но я думаю это не критично и можно принять 50 градусов. на стенке постоянно.

движения гелия за счет свободной конвекции принимаем ламинарным. 

Проблема. В реальности установка работает. При изменении давления гелия можно регулировать температуру образцов от 50 до 200 градусов. 

При расчете флюетом температура образцов не реагирует на изменение давления. ВЕрнее она реагирует однако при больших размерах зазора от образца к стенке канала. При заданых геометрических размерах у меня не получается получить изменение температуры.

Скорось в поперечном сечении гелия меняется при изменении давления а вот температура не хочет.

Согласно книги Цедерберга Термодинамические и теплофизические свойства гелия в заданом диапазоне изменения давления (0,02 до 0,2 Мпа) динамическая вязкость, теплопроводность, теплоемкость гелия не изменяется. Меняется только плотность.

Откуда через несколько математических операций, определение числа Грасгофа а потом Ралея,   при принятых выше условиях выходит что число Ралея изменяется 

Аналитически  число Ралея тоже при изменении давления от 0,02 до 0,2 МПа меняется примерно на 2 порядка.

Откуда можна сделать вывод что.

1. так как тепловыделение задано постоянно,  

2.  на внешней поверхности канала задана постоянная температура,

3. теплопроводность Гелия постоянна в даном диапазоне изменения давления

то при изменении давления гелия теплопередача будет завесеть только от интенсивности теплоотдачи образец - гелий, гелий стенка канала. ( Число Ралея аналитически тоже меняется) 

Но ФЛюент выдает абсолютно едининтичный результат, либо с отклонением в пару сотых градуса.

Спасибо за внимание.

Подскажите в какую сторону копать. Что б найти причину.

 

 

Изменено 2 августа 2021 пользователем morelia

[MotorManiac 130]

Если есть возможность, то выложите картинку, что пытаетесь сосчитать.

[morelia 3]

На рисунке представлена корзина с образцами (12 часть канала) обьем гелия погашен для улучшения понимания задачи. Результаты расчетов для 0,02 МПа и 0,2 МПа.

Изменено 2 августа 2021 пользователем morelia

[MotorManiac 130]

4 часа назад, morelia сказал:

Подскажите в какую сторону копать. Что б найти причину.

Примерно понятно. Гравитация надеюсь включена ? посмотрите поле скоростей газа.

[morelia 3]

ГУ. 1. Тепловыделение в образцах, сборке. 

2. На внешней поверхности Т конст = 50 градусов.

3. На торцевых поверзхностях модели адиабата.

Operating condition.

Давление.

гравитация.

Решаю

Уравнение энергии.

Ламинар

Что еще не пробывал так это излучение. Но порядок его мал поэтому решил что пока для первого шага расчетов не учитывать.

Скорость в двох вариантах меняетсяя на порядок при изменении давления. 

Порядок скорости врезультате расчета тысячные и десятитысячные м/с. На сколько это верные значения скорости я не знаю. 

Изменено 3 августа 2021 пользователем morelia

[MotorManiac 130]

22 минуты назад, morelia сказал:

На торцевых поверзхностях модели адиабата.

У вас стенка стоит ? wall ?

 

24 минуты назад, morelia сказал:

Порядок скорости врезультате расчета тысячные и десятитысячные м/с. На сколько это верные значения скорости я не знаю. 

 Еще сетку посмотрите, она должна разрешать слои газа, и желательно не 2мя ячейками

[morelia 3]

первый вопрос не понял. 

Стенка канала, внешний цилиндр, физичен, ему присвоен материал. со свойствами. Внешняя поверхность стенки =- Wall с температурой 50 градусов.

2. Понимаю что есть влияние сетки. Потом буду исследовать точно этот вопрос, но позже для первого приближения думал и так сойдет. Сейчас задано от всех поверхностей по умолчянию погран слой, разумеется кроме боковых границ сектора. ПРобывал такой вариант(рисунок) и пробывал вариант по умолчанию (через smooth transition) 5 слоев, фактор роста 1,2 

Спасибо за ваше внимание.

Еще добавлю.

КОнтакты между телами проверены. Подкоректированы вручную если где было автоматически неправильно определено.

Изменено 3 августа 2021 пользователем morelia

[piden 2 874]

19 hours ago, morelia said:

В модели  задаю давление гелия через Operating condition.

Отобразите эпюру плотности для обоих вариантов давления. Она вообще у вас меняется?

 

Тяжело вникать в первый длиннопост.

Для гелия у вас модель идеального газа используется?

Он движется в замкнутом пространстве? Там вроде давление нужно через patch инициализировать, а operating condition.

 

И скидывайте .cas/.dat - будет быстрее, чем по описанию гадать.

[morelia 3]

1. Свойства гелия. Плотность дин вязкость, теплопроводность задана полиномаами.

Теплоемкость постоянна 5193 Дж/кгК.

2.Да гелий в ограниченом пространстве.

Изменено 3 августа 2021 пользователем morelia

[piden 2 874]

@morelia

1 hour ago, piden said:

Отобразите эпюру плотности для обоих вариантов давления (!!!111)

 

1 hour ago, piden said:

скидывайте .cas/.dat (!!!)

 

 

Attention, plz!

[morelia 3]

Исправляюсь

20000 Па

 

200000 Па

https://drive.google.com/file/d/1DsVTwQ0QBS4cVOuj4aERjkIhWNgpiTZa/view?usp=sharing

Получается скачать?

Изменено 3 августа 2021 пользователем morelia

[MotorManiac 130]

4 часа назад, morelia сказал:

первый вопрос не понял. 

Газ из расчетной области не должен уходить, должен возникать циркуляционный контур обусловленный градиентом температур. В противном случае программа рассчитает условно - дымовую трубу. 

Эпюру скорости выложите, с векторами.

[morelia 3]

Гелий из области не должен  выходить. Канал герметичен. Я так понимаю что должна возникать естественная циркуляция за счет градиента температур. 

Все внешние границы модели указаны как Wall. 

Не понимаю, почему не могу построить векторное поле, но вероятностная картина течения следующая.

слева направо: общий вид, верхний торец, нижний торец.

спасибо.

[MotorManiac 130]

9 минут назад, morelia сказал:

Все внешние границы модели указаны как Wall.

 

это хорошо. сетку еще посмотрите, ее качество. сколько ячеек приходится на зазор м/у элементом и стенкой ?

[morelia 3]

Понимаю что сетка грубая. Но все же почувствовать разницу температуры от изменения давления я должен.

К всем поверхностям ограничивающим гелий, кроме границ сектора построен погран слой с 6 слоями.

В самом узком зазоре 4 ячейки между соседними ПС. (про сильно большое отличие между размерами в ПС и простой сетки согласен, но неужели иммено это стало решающим фатором.

Спасибо.

Изменено 3 августа 2021 пользователем morelia

[karachun 2 038]

@morelia Постарайтесь сделать хотя бы 10 элементов зазоре. не считая подслой. И когда строите сам подслой то рассчитывайте его размеры так чтобы не было резкого скачка в размере элементов между последним элементом подслоя и прилегающем к нему элементом в ядре потока.

 

Ну а дальше сеточная сходимость. Мельчите сетку пока интегральный результат (средняя температура. например) не перестанет изменяться.

 

Вот, даже картинку красивую нашел.

 

Ну и ссылка на видео от Fluid Mechanics 101

 

P.S. Замечательный канал. Скоро можно будет на любой вопрос давать ссылку на Fluid Mechanics 101

Изменено 3 августа 2021 пользователем karachun

[MotorManiac 130]

1 час назад, karachun сказал:

Мельчите сетку

походу, дело не в сетке. где то принципиально не сходится у человека.

 

8 часов назад, morelia сказал:

Что еще не пробывал так это излучение. Но порядок его мал поэтому решил что пока для первого шага расчетов не учитывать.

 

Я думаю в данной задачи это основной тип передачи тепловой энергии....... газ я бы не учитывал, например. К тому же он 1 атомный.

Ошибки быть не может ? именно вследствие изменения давления гелия меняется тепловой поток - температура стержней ? может быть есть еще какие то неучтенные факторы ?

[karachun 2 038]

8 минут назад, MotorManiac сказал:

походу, дело не в сетке. где то принципиально не сходится у человека.

Но и это тоже не помешает. Пограничный слой разрешен сеткой плохо а для теплообмена это критично.

Хотя может и где-то есть принципиальная ошибка. Мне аж интересно стало - вечером попробую починить ансис и посмотреть что там в проекте.

 

 

[morelia 3]

1 минуту назад, MotorManiac сказал:

Ошибки быть не может ? именно вследствие изменения давления гелия меняется тепловой поток - температура стержней ? может быть есть еще какие то неучтенные факторы ?

Честно говоря у меня тоже есть таки сомнения. Но колеги утверждают, что установка работает уже несколько десятков лет. 

У меня была идея по поводу смеси воздух+гелий.

Дело в том что вакуум они создают откачиванием воздуха из канала до давлений в 10000Па. Далее они подают гелий ( поднимают давление в системе) до определенных значений температур образцов( температуру меряют несколькими термопарами на образцах). После этого они перекрывают подачу гелия, устаканивается давление в системе и так выдерживают определенное количество времени. 

МОжет ответ кроется иммено в смеси воздух + гелий. Меняется концентрация гелия в смеси, меняется теплопроводность смеси - далее меняется температура образцов.

Но это только догатки.

Либо есть еще другой фактор но я его не вижу.

Спасибо з  потраченое на меня время.

И внимание к моей задаче.

П.С. Сетку я перестрою. поставлю на расчет. думаю завтра выложу результат. ЗА ночь должно посчитать.

П.С. По поводу излучения.

Температуры образцов колеблются в зависимости от давления, как я понял в пределах от 100 до 300 градуссов. Разность температур выходит от 50 до 250 градусов. Согласен разность температур в 4 степени для излучения. НО это не тот уровень. теплового потока. Это проценты от всего теплового потока. Замечу Тепловыделение 10Мвт/м3

 

1 минуту назад, karachun сказал:

Хотя может и где-то есть принципиальная ошибка. Мне аж интересно стало - вечером попробую починить ансис и посмотреть что там в проекте.

Так для справки может важно. Проект создан  в версии 2020 R2

[MotorManiac 130]

 

48 минут назад, morelia сказал:

Либо есть еще другой фактор но я его не вижу.

 

Совершенно безумная идея, а процесс стационарный ? может температура образцов меняется когда подается холодный газ - что естественно.....