Тепловые потери

[Васильев И. А. 0]

Здравствуйте!

 
Столкнулся с проблемой при моделировании обдува цилиндра потоком воздуха. 

 

 
Модель состоит из тонкой пленки, которая свернута трубочкой (тонкостенный полый цилиндр), и 8-ми расположенных на ней плоских резисторов-нагревателей. Задача состоит в вычислении температуры резисторов при обтекании цилиндра потоком воздуха. Крышки на торцах цилиндра созданы чтобы исключить расчет в полой области, а также для задания граничных условий. Для облегчения решения предполагается симметрия относительно плоскости XZ. Создана достаточно грубая сетка для получения чисто качественных результатов. Мощность нагрева резисторов выбирается из расчета, чтобы при отсутствии потока перегрев резисторов относительно температуры среды составлял порядка 50-60 С.
Материал цилиндра - полиимид (плотность - 1420 кг/м^3; теплоемкость - 1090 Дж/(кг*К); теплопроводность - 0.12 Вт/(м*К); температура плавления - 3000 С).
 
Проблема заключается в том, что при скоростях потока порядка 1 м/с температура резисторов сильно уменьшается и не соответствует предполагаемому результату. Расчет проводился и на более мелкой сетки, однако несмотря не незначительные отличия, тенденция резкого спада сохраняется.
 
Ссылка на сборку (Google Диск; размер 697 КБ): https://drive.google.com/file/d/0B-U4vCRBwDkpOFFlTEp2emQtZk0/edit?usp=sharing.
(Яндекс Диск; размер 697 КБ): http://yadi.sk/d/gipND-ayCsa4n .
К сожалению сюда закачать не смог, в связи с превышением максимального размера файла.
Прошу указать ошибки при создании проекта и возможные причины возникшей проблемы. Заранее спасибо.

Изменено 18 ноября 2013 пользователем Васильев И. А.

[MotorManiac 130]

Проблема заключается в том, что при скоростях потока порядка 1 м/с температура резисторов сильно уменьшается и не соответствует предполагаемому результату

 

Конвекция однако, а диаметр трубки какой ?

[Васильев И. А. 0]

Конвекция однако, а диаметр трубки какой ?

Диаметр трубы 30 мм. Скорость должна плавно спадать в диапазоне скоростей 0-50 м/с. Моделировании показывает уменьшение температуры в 2 раза при скорости потока ~0.5 м/с.

Изменено 18 ноября 2013 пользователем Васильев И. А.

[MotorManiac 130]

в 2 раза при скорости потока ~0.5 м/с.

 

Почему этого не может быть, коэффициент теплоотдачи конвекцией растет при увеличении скорости обдувки.

[Васильев И. А. 0]

Дело в том, что до этого моделировалась аналогичная задача, только пленка не сворачивалась, а была плоской. Так вот, в этом случае температура резисторов имеет плавный спад.

Изменено 18 ноября 2013 пользователем Васильев И. А.

[MotorManiac 130]

Есть небольшая разница между условиями обтекания плоской поверхности и цилиндра. Можно ,кстати говоря, пленку делать не тонкой а толстой - перераспределите часть тепла от его источника в этом случае больше.

[Васильев И. А. 0]

Я пробовал проводить расчет и на сплошном цилиндре. Наблюдается аналогичная ситуация. Я думаю, что проблема заключается в неправильной задаче граничных или начальных условий, либо же иной ошибке в модели.

Изменено 18 ноября 2013 пользователем Васильев И. А.

[MotorManiac 130]

Завтра приду на работу запущу подобную задачку, а размеры тепловыделяющих элементов какие ? и какое тепловыделение ?  У меня просто не открылась ваша  моделька :)

[Васильев И. А. 0]

Завтра приду на работу запущу подобную задачку, а размеры тепловыделяющих элементов какие ? и какое тепловыделение ?  У меня просто не открылась ваша  моделька :)

Мощность нагрева резисторов 0.55 Вт, Д x Ш x В - 80мм x 1мм x 0.3 мкм. Высоту можно сделать больше, но тогда и мощность нужно будет подкорректировать. Диаметр цилиндра 33 мм, длина 100 мм.

Изменено 18 ноября 2013 пользователем Васильев И. А.

[MotorManiac 130]

 

Можно в 2Д с симметрией решить точнее будет. Вроде решается подобная конфигурация.

[Васильев И. А. 0]

Спасибо за идею. У вас температура сильно отличается при нулевом потоке и 1 м/с?

[MotorManiac 130]

Ну должно отличатся, скажем если при 0м/c а=10......25, а при 1м/c а=70 (на одной полоске получилось), то вот пропорционально и dT будет. Тут кстати говоря, у вас будет разница в конвективном теплообмене по углу цилиндра в зависимости от Re, так что нужно компоновать полоски на цилиндре. Можно так же решать еще с теплопроводностью и тоже посмотреть результат.