Симуляция нагрева тела

[NikitaKhvoryk 11]

Имеем:

Нужно получить: Распределение температур в стенках кружки при температуре воды около 100 градусов по цельсию.

Вот что получилось у меня.

Задал температуру на внутренних стенках кружки 100 градусов цельсия, конвекцию (коэффициент 15 - для воздуха), температура окружающей среды - 20 градусов цельсия.

Волнуют вопросы: 1. Коэффициент конвекции должен быть воздуха или материала кружки?  2. Правильно ли выполнена симуляция? Или необходимо делать как-то по-другому?

[ccc44 53]

 

 

Задал температуру на внутренних стенках кружки 100 градусов цельсия, конвекцию (коэффициент 15 - для воздуха), температура окружающей среды - 20 градусов цельсия.

Волнуют вопросы: 1. Коэффициент конвекции должен быть воздуха или материала кружки?  2. Правильно ли выполнена симуляция? Или необходимо делать как-то по-другому?

Конвекция (теплоотдача) задается на поверхности, через которую происходит теплообмен. В данном случае это наружная поверхность кружки. Правда на ней 15 Вт/(/м^2град) многовато будет. Что же касается зазора внутри стенки - то там конвекции практически нет. Но и теплопроводность через воздушный зазор учитываться не будет. Правда, она не велика и в первом приближении можно считать расчет правильным. Советую для сравнения просчитать обычную кружку такого же размера и материала.

[MotorManiac 130]

Лучше пустоту смоделировать как тепловое сопротивление - телом с заданной теплопроводностью. Впринципе можно и на калькуляторе посчитать как теплообмен для сложной стенки, несколько быстрее будет.

[NikitaKhvoryk 11]

 

 

 

Задал температуру на внутренних стенках кружки 100 градусов цельсия, конвекцию (коэффициент 15 - для воздуха), температура окружающей среды - 20 градусов цельсия.

Волнуют вопросы: 1. Коэффициент конвекции должен быть воздуха или материала кружки?  2. Правильно ли выполнена симуляция? Или необходимо делать как-то по-другому?

Конвекция (теплоотдача) задается на поверхности, через которую происходит теплообмен. В данном случае это наружная поверхность кружки. Правда на ней 15 Вт/(/м^2град) многовато будет. Что же касается зазора внутри стенки - то там конвекции практически нет. Но и теплопроводность через воздушный зазор учитываться не будет. Правда, она не велика и в первом приближении можно считать расчет правильным. Советую для сравнения просчитать обычную кружку такого же размера и материала.

 

Тут фишка в том, чтобы как раз учесть этот воздушный зазор между стенками. Не могу понять, как его учесть.

 

Лучше пустоту смоделировать как тепловое сопротивление - телом с заданной теплопроводностью. Впринципе можно и на калькуляторе посчитать как теплообмен для сложной стенки, несколько быстрее будет.

Если вы подскажете как сделать это в солиде, буду очень признателен.

[ccc44 53]

 

Тут фишка в том, чтобы как раз учесть этот воздушный зазор между стенками. Не могу понять, как его учесть.

 

 

 

 

 

 

Так для начала сравни распределение температуры по стенке в кружке с зазором и в сплошной.

[MotorManiac 130]

Если вы подскажете как сделать это в солиде, буду очень признателен

 

Пустоту смоделируйте телом, потом задайте тепловое сопротивление для него. У вас получиться теплообмен через сложную стенку для кольца. Еще для красивости можете в тепловом сопротивлении учесть излучение между оболочками кружки.  Такой комплекс мероприятий предлагаю для того что бы газовую конвекцию не высчитывать в полости - заменить ее аналитическим выражением если угодно. 

[ccc44 53]

Но и теплопроводность через воздушный зазор учитываться не будет. Правда, она не велика и в первом приближении можно считать расчет правильным.

 

Тут я погорячился. Учет теплопроводности воздуха в зазоре резко увеличивает температуру стенки. Кружку с кипятком можно взять за стенку голыми руками, только если откачать воздух из зазора:

Кружка из керамики.

Что касается того, что б использовать аналитику для определения теплового сопротивления - я, честно говоря, не знаю, поскольку это не классическая цилиндрическая стенка. Существенная часть теплового потока направлена вдоль оси цилиндра.

[MotorManiac 130]

А вы прямо газовую конвекцию считали ?  есть же такое понятие как теплопроводность в порах со степенью развития конвекции, в справочниках можно поискать эквивалентное тепловое сопротивление для данных случаев. 

[NikitaKhvoryk 11]

Спасибо за подсказки. Пойду попробую.

И снова камень. Моделирую пустоту как тело-> назначаю материал Воздух -> тепловое сопротивление К/Вт не хочет привязываться к материалу. Вычитал, что теплосопротивление = 1/коэффициент теплопроводности. Cсылка. Там есть вот это вот: Различают полное термическое сопротивление — величину, обратную коэффициенту теплопередачи, поверхностное термическое сопротивление — величину, обратную коэффициенту теплоотдачи, и термическое сопротивление слоя, равное отношению толщины слоя к его коэффициенту теплопроводности. Я так понимаю, что второй случай мой?

Теплопроводность воздуха 0,027 В/м*К

Удельная теплоёмкость 1000 J/кг*К

Так вот если по первому случаю: 1/коэффициент теплопередачи (нигде не нашёл чтобы было толково описано что это такое).

Второй метод вроде как имеет такой вид, если судить из определения: 1/(0,027*(толщину слоя/коэффициент теплопроводности))

Теплопроводность и коэффициент теплопроводности одно и то же?

Изменено 10 августа 2014 пользователем NikitaKhvoryk

[MotorManiac 130]

Для твердого тела - назначайте параметры твердого тела.... есть возможность ведь что бы сделать материал с нужными характеристиками.

[NikitaKhvoryk 11]

Для твердого тела - назначайте параметры твердого тела.... есть возможность ведь что бы сделать материал с нужными характеристиками.

Это я понимаю. Я же назначил этому телу материал воздух. Это значит ведь, что и все параметры сразу настроились. Зачем тогда термосопротивление, если эти параметры уже назначены в материале:

Теплопроводность воздуха 0,027 В/м*К

Удельная теплоёмкость 1000 J/кг*К

Или я не прав?

Изменено 10 августа 2014 пользователем NikitaKhvoryk

[MotorManiac 130]

Я же назначил этому телу материал воздух

 

Вот это смущает, надеюсь вы не пытаетесь повесить свойства газа для тв. тела.

 

 

Теплопроводность воздуха 0,027 В/м*К Удельная теплоёмкость 1000 J/кг*К

 

Это имеется ввиду - все свойства для твердого тела. ( последнее при стационарном расчете ни на что не повлияет, для справки так сказать )

[NikitaKhvoryk 11]

 

Я же назначил этому телу материал воздух

 

Вот это смущает, надеюсь вы не пытаетесь повесить свойства газа для тв. тела.

Походу именно это я и сделал. Я просто применил материал и ничего не правил.

[MotorManiac 130]

Походу именно это я и сделал. Я просто применил материал и ничего не правил.

 

 

Надеюсь теперь все получится )

[ccc44 53]

 

 

Я же назначил этому телу материал воздух

 

Вот это смущает, надеюсь вы не пытаетесь повесить свойства газа для тв. тела.

Походу именно это я и сделал. Я просто применил материал и ничего не правил.

 

Если бы это был твердый материал с теплопроводностью, равной теплопроводности воздуха - все было бы ОК. Но для газа это неверно. Так же как и у меня в посте 7 на рис. 2. Лучше все же задать в зазоре конвекцию, с учетом того что воздух там прогреется в среднем до 60°С:

[Leonid-Z88 74]

 

 

 

Я же назначил этому телу материал воздух

 

Вот это смущает, надеюсь вы не пытаетесь повесить свойства газа для тв. тела.

Походу именно это я и сделал. Я просто применил материал и ничего не правил.

 

Если бы это был твердый материал с теплопроводностью, равной теплопроводности воздуха - все было бы ОК. Но для газа это неверно. Так же как и у меня в посте 7 на рис. 2. Лучше все же задать в зазоре конвекцию, с учетом того что воздух там прогреется в среднем до 60°С:

кружка3.png

 

Тепловые излучения и фононы забыли учесть.

Повышение коэффициента теплопроводности при 60 градусах.

Тепловое расширение внутреннего стакана ,уменьшение воздушного зазора.

Ещё квантовые осцилляции не учтенны.

[MotorManiac 130]

Лучше все же задать в зазоре конвекцию

 

Зачем ? ) если можно смоделировать обыкновенным тепловым сопротивлением. Представляете, тогда по идее нужно считать газовые пузыри в минеральной плите теплоизоляции например, но ведь никому в голову не приходит. 

 

Тепловые излучения

 

Вполне возможно на равновесную температуру внешней стенки это мало повлияет, но если автор захочет посчитать теплопотерю через стенки, то эта величина может оказаться вполне существенной. 

[Leonid-Z88 74]

 

Тепловые излучения

 

Вполне возможно на равновесную температуру внешней стенки это мало повлияет, но если автор захочет посчитать теплопотерю через стенки, то эта величина может оказаться вполне существенной. 

 

 

Шучу я

Тепловые излучения – будут влиять лишь на потерю тепла в стакане.

Повышение коэффициента теплопроводности при 60 градусах- повышение будет где-то на 0.001-0.002.(точно не помню),мелочи.

Тепловое расширение внутреннего стакана ,уменьшение воздушного зазора- при 100 у керамики коэф. теплового расширения небольшой, если не ошибаюсь 0.4-0,8

Ещё квантовые осцилляции не учтены- их пока никто учесть не может, поэтому используют фононы в качестве общего случая, ими можно пренебречь ,так как величина воздушного зазора достаточно большая.

[MotorManiac 130]

Изменением теплопроводности конечно можно пренебречь..........но как бы подобные вопросы уже возникали у человечества )) страничка из справочника 1935 года.

 

 

 

 

 

 

[Leonid-Z88 74]

Изменением теплопроводности конечно можно пренебречь..........но как бы подобные вопросы уже возникали у человечества )) страничка из справочника 1935 года.

1.png

Оригинал 1918 год.  

Справочник рабочий?

 

Получается,чем толще слой ,тем теплопроводность больше.Если слой до 1 мм довести,почти 0 получится.