Коэффициент теплоотдачи. Ansys Steady-State Thermal

[Солнцеворот 207]

Решаю задачу: к алюминиевому бруску подводится тепло на одну из граней. На остальных пяти гранях происходит теплоотдача окружающему брусок воздуху. Задается теплопотеря граничиным условием Convection. Предлагает ввести значение в Вт/(м2*град). Как его определить для разных материалов?

Насколько я понимаю, теплоотдача происходит конвекцией и излучением. Как рассчитать их значения?

[Dick 0]

Решаю задачу: к алюминиевому бруску подводится тепло на одну из граней. На остальных пяти гранях происходит теплоотдача окружающему брусок воздуху. Задается теплопотеря граничиным условием Convection. Предлагает ввести значение в Вт/(м2*град). Как его определить для разных материалов?

Насколько я понимаю, теплоотдача происходит конвекцией и излучением. Как рассчитать их значения?

Посмотреть в справочнике по теплоотдаче.

[DimaG 0]

Все достаточно просто. Гранусловия 3-го рода-температура среды и коэфф.теплоотдачи. Коэфф теплоотдачи=лучистый + конвективный. Конвективный определяется (в данном случае) по формулам для условий естественной конвекции в неограниченном обьеме. Об этом можно почитать в Михееве "Теплопередача", Кутателадзе, Боришанский старые книги годов 50. Там все разжевано и понятно. Лучистый лучше задать с помощью элементов типа SURF. Кстати, они допускают одновременно конвективный и лучистай теплообмен. Если с ними не связываться то можно задать функцией (см. How applay loads - в хэлпе ANSYS). Причем нужно учитывать что вклад лучистой составляющей как правило больше конвективной. Например для естественных условий на одной из конструкций у меня было так - 2 Вт/(м2*град)-конвективная, 5Вт/(м2*град)-лучистая.

[Солнцеворот 207]

Все достаточно просто. Гранусловия 3-го рода-температура среды и коэфф.теплоотдачи. Коэфф теплоотдачи=лучистый + конвективный. Конвективный определяется (в данном случае) по формулам для условий естественной конвекции в неограниченном обьеме. Об этом можно почитать в Михееве "Теплопередача", Кутателадзе, Боришанский старые книги годов 50. Там все разжевано и понятно. Лучистый лучше задать с помощью элементов типа SURF. Кстати, они допускают одновременно конвективный и лучистай теплообмен. Если с ними не связываться то можно задать функцией (см. How applay loads - в хэлпе ANSYS). Причем нужно учитывать что вклад лучистой составляющей как правило больше конвективной. Например для естественных условий на одной из конструкций у меня было так - 2 Вт/(м2*град)-конвективная, 5Вт/(м2*град)-лучистая.

Не очень там разжевано, увы. Предлагают задачку, на основании проведенных экспериментов вычислить коэффициент теплоотдачи (альфа). Если бы была возможность провести эксперимент - подвести к телу тепло, замерить разность температур, знать количество подводимого тепла, то это можно сделать. А если нет.

Ну есть у меня алюминиевая пластина или брусок с температурой больше, чем температура окружающей среды, я не понял как вычислить коэфф. Спинным мозгом понимаю, что коэфф теплоотдачи конвекцией зависит (прежде всего) от теплопроводностей сред между которыми происходит теплообмен, меньше от теплоемкости и т.д. но как это увязать в книжке не нашлось.

Есть же экспериментальные данные по коэффициентам трения между сталью, например, и бронзой - и ими можно пользоваться. Наверное ж что-то подобное есть и для теплоотдачи между алюминием и воздухом, сталь и вода и т.п.

С лучистой теплотой тоже не все ясно. с0=5,67 [Вт/м^2*К^4] коэффициент излучения абсолютно черного тела. Смысл тот же, а размерность другая. Хрен поймешь.

[DimaG 0]

По поводу альфа лучистого:

alfa = C0*EPS*(((Tp/100)**2)+((Tc/100)**2))*((Tp/100)+(Tc/100))/100

Tp - температура поверхности

Tc - температура среды

С0 - 5,67

EPS-приведенная степень черноты системы (я думаю тут все должно быть понятно).

Если не охота с этим париться, то SURF и в реал константах которого укажатся необходимые значения величин.

Альфа конвективное:

alfa = Nu*lam/H

Nu - Нуссельт

lam - средняя теплопроводность среды(воздуха), как считать в литературе есть.

H - Характерный размер (как определить все в книгах есть).

Nu = A*Ra**n

Ra = Gr*Pr

Gr - Грасгофф

Pr - Прандтль

A, n - эмпирические коэффициенты.

Все это можно описать функцией и задать. Либо написать макрос. Я делал и так и так. С экспериментами сходилось вполне точно.

[Солнцеворот 207]

Все это можно описать функцией и задать. Либо написать макрос. Я делал и так и так. С экспериментами сходилось вполне точно.

О! Большое спасибо за подробное разъяснение, будем считать теперь.

** - это имелся в виду ^ ? В смысле, значок степени.

[DimaG 0]

** - да это степень. Привычка так писать изза того что часто APDL использую.

[MotorManiac 130]

Ну есть у меня алюминиевая пластина или брусок с температурой больше, чем температура окружающей среды, я не понял как вычислить коэфф. Спинным мозгом понимаю, что коэфф теплоотдачи конвекцией зависит (прежде всего) от теплопроводностей сред между которыми происходит теплообмен, меньше от теплоемкости и т.д. но как это увязать в книжке не нашлось.

Зависит он прежде всего от числа Рейнольдса = скорость*определяющий размер/вязкость газа. Для свободной конвекции возьмите альфа = 1.5-2.5 вт/м2*градус

[tensor1982 0]

Все это (коэффициент теплоотдачи) похоже на лженауку - нет зависимости от температуры, для сложной поверхности вообще непонятно как считать и т.д. Кроме того во всех этих книжках нет сравнения с экспериментальными данными - думаю что не случайно, авторы бояться своей лженауки и эксперимента...Есть мнение что все надо считать через уравнения Навье-Стокса

Изменено 28 июня 2010 пользователем tensor1982

[Солнцеворот 207]

Все это (коэффициент теплоотдачи) похоже на лженауку - нет зависимости от температуры, для сложной поверхности вообще непонятно как считать и т.д. Кроме того во всех этих книжках нет сравнения с экспериментальными данными - думаю что не случайно, авторы бояться своей лженауки и эксперимента...Есть мнение что все надо считать через уравнения Навье-Стокса

Да мне просто приблизительно нужно определить необходимую мощность. Для этого такой расчет сгодится. Согласен, что коэффициент теплоотдачи - это сильно упрощенное понятие происходящих при теплообмене процессов.

MotorManiac

Альфа сильно зависит от материала? То есть, алюминий и пластмасса по идее должны по-разному отдавать тепло.

[DimaG 0]

Солнцеворот, не заморачивайтесь сильно с определением альфа. Альфа конвективное вообще не зависит от типа материала (определяется разностью температур). Лучистое альфа зависит от степени черноты поверхности. Если не секрет, опишите задачу подробнее, чтобы было проще общаться (или на мыло dmitrij.karaganskij()yandex.ru)

[MotorManiac 130]

Альфа конвективное вообще не зависит от типа материала (определяется разностью температур).

Да да, вот они настоящие теплотехники ;-D От дельта Т зависит тепловой поток, но ни как не альфа, у него даже размерность другая - вт/м2*градус (сколько можно снять тепла с 1 м2 при градиенте температур в 1 градус)

[MotorManiac 130]

MotorManiac

Альфа сильно зависит от материала? То есть, алюминий и пластмасса по идее должны по-разному отдавать тепло.

От материала не зависит, я ни в одном серьезном учебнике не видел никаких поправок на шероховатость. Характеристики материалов вылазят в другом случае, скажем, у алюминия тепловое сопротивление очень низкое, поэтому при подводе тепла к одной стенке, на стенке съема тепла температура будет меньше отличаться чем, например, в пластиковой детали, т.к. у пластика тепловое сопротивление выше. Альфа одно и тоже, только вследствие теплового сопротивления регистрируемая температура на стенке съема тепла будет отличаться у алюминия и пластика => где температура стенки ниже там снимается меньший тепловой поток при одинаковом альфа. (Q=альфа*площадь поверхности*дельта Т)

[Dick 0]

не видел никаких поправок на шероховатость

И не увидите. Шероховатость влияет косвенно, через ПС.

[Солнцеворот 207]

Если не секрет, опишите задачу подробнее, чтобы было проще общаться (или на мыло dmitrij.karaganskij()yandex.ru)

Секрет, вообще-то, но надо рассказать. К алюминиевому нагревателю (корпус) с температурой 250-300 градусов Цельсия прислоняется пластмассовая деталь на какое-то время (30-120 секунд). Определить какая необходима мощность нагревателя, при условии, что его температура на протяжении всего нагрева остается постоянной.

Да да, вот они настоящие теплотехники ;-D От дельта Т зависит тепловой поток, но ни как не альфа, у него даже размерность другая - вт/м2*градус (сколько можно снять тепла с 1 м2 при градиенте температур в 1 градус)

Так что, альфа конвективное у алюминия и пенопласта примерно одинаковые? А их теплоотдача зависит от своей теплопроводности получается?

[MotorManiac 130]

Секрет, вообще-то, но надо рассказать. К алюминиевому нагревателю (корпус) с температурой 250-300 градусов Цельсия прислоняется пластмассовая деталь на какое-то время (30-120 секунд). Определить какая необходима мощность нагревателя, при условии, что его температура на протяжении всего нагрева остается постоянной.

Может просто мы говорим о разных вещах ? По идее здесь не нужен коэффициент конвективного теплообмена, если идет теплообмен непосредственно между твердыми телами. Альфа характеризует только теплообмен между стенкой (тв.телом) и газом.

Так что, альфа конвективное у алюминия и пенопласта примерно одинаковые? А их теплоотдача зависит от своей теплопроводности получается?

Одинаковая a. Теплопередача зависит от разности средней температуры газа и средней температуры стенки, чем она больше, тем бОльший тепловой поток можно снять, температура стенки зависит от свойств материала (теплопроводность)

[DimaG 0]

Тоесть, я так понял нужно нагреть некую пластмассовую деталь до определенной температуры? Тогда причем тут альфа. По условиям задачи получается гранусловия 1-го рода. Или потом нужно смоделировать остывание пластмассы в естественных условиях?