Verifikationsfälle für Wärmeanalysen
Wärmeübertragung in einer Verbundstoffwand
Problemstellung: Eine Feuerraumwand besteht aus zwei Materialien, Schamottstein und Isolierstein. Die Temperatur im Ofen beträgt 3000 F (Tf) und der Wärmekoeffizient für die Innenfläche ist 3.333 x 10-3 BTU/s ft2 F (hf).
Die Umgebungstemperatur beträgt 80 F (Ta) und der Wärmekoeffizient für die Außenfläche ist 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 F (ha). Ermitteln Sie die Temperaturverteilung in der Verbundstoffwand.
1. Innere Folie:
Wärmeübergangskoeffizient: 3.333 x 10-3 BTU/s (ft2)(F)
Umgebungstemperatur (Temperatur im Feuerraum): 3000 F
2. Äußere Folie:
Wärmeübergangskoeffizient: 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 (F)
Umgebungstemperatur: 80 F
Materialeigenschaften | Geometrische Eigenschaften |
|---|---|
Schamottstein: k = 2.222 x 10-4 BTU/s ft F Dämmung: k = 2.778 x 10-5BTU/s ft F | Querschnitt = 1 in x 1 in Dicke des Schamottstein = 9 in Dicke der Dämmwand = 5 in |
Ergebnisvergleich – Schieberegler für die Simulationsqualität in der Standardposition
Ergebnisse | Ziel | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|---|
Minimale Temperatur (F) | 336 | 336.64 | 322.0 | 321.19 | 4.41 |
Maximale Temperatur (F) | 2957 | 2597.17 | 2959.7 | 2959.78 | 0.09 |
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse | Ziel | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|
Minimale Temperatur (F) | 336 | 336.69 | 336.64 | 0.19 |
Maximale Temperatur (F) | 2957 | 2957.2 | 2957.17 | 0.01 |
Wärmeleitung in einem zusammengesetzten, massiven Block
Problemstellung: Wärmeleitung in einer Wand aus zwei Materialien. Für Material 1 findet eine gleichmäßige Wärmeerzeugung von 6000 Watt auf der Außenfläche statt. Bei Material 2 wird die Außenfläche konvektiv gekühlt. Berechnen Sie die Temperatur für die adiabatische Fläche auf der linken Seite der Domäne.
Quellenangabe: F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pg.117, 2006.
Materialeigenschaften | Geometrische Eigenschaften | Last |
|---|---|---|
Material 1: Leitfähigkeit = 75 W/m-K Material 2: Leitfähigkeit = 150 W/m-K | Bemaßung des Blocks: 70 mm X 80 mm Material 1= 50 mm Material 2 = 20 mm Dicke = 1000 mm | Linke Fläche: Wärmefluss = 6000 W Rechte Fläche: HTC = 1000 W/m2 K und Flüssigkeitsumgebungstemperatur = 30 C Alle anderen Flächen sind adiabatisch. |
Ergebnisvergleich – Schieberegler für die Simulationsqualität in der Standardposition
Ergebnisse | Ziel | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|---|
Temperatur der adiabatischen Fläche extrem links in °C | 165 | 165 | 161.1 | 159.77 | 3.17 |
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse | Ziel | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|
Temperatur der adiabatischen Fläche extrem links in °C | 165 | 165.06 | 165.07 | 0.04 |
Wärmeübertragung von einem Kühlbalken
Problemstellung: Ein Kühlbalken aus Stahl mit Querschnittsbereich A und Länge L ragt aus einer Wand heraus, die auf einer Temperatur von T w gehalten wird. Der Wärmeübergangskoeffizient für die Fläche zwischen dem Kühlbalken und der ihn umgebenden Luft ist h. Die Lufttemperatur ist T a und die Spitze des Kühlbalkens ist isoliert. Ermitteln Sie die vom Kühlbalken abgeleitete Wärme und die Temperatur der Spitze.
Konvektive Bedingungen werden auf alle 4 Längsflächen angewendet.
Quellenangabe: F. Kreith, "Principles of Heat Transfer", 2nd Printing, International Textbook Co., Scranton, PA, 1959, pg. 143, ex. 4-5
Materialeigenschaften | Geometrische Eigenschaften | Last |
|---|---|---|
K = 9.71x10-3 BTU/s-ft-F | Querschnitt = 1.2 in x 1.2 in L = 8 in | T w = 100 F T a = 0 F H = 2.778x10-4 BTU/s-ft2-F |
Ergebnisvergleich – Schieberegler für die Simulationsqualität in der Standardposition
Ergebnisse | Ziel | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|---|
Temperatur der Spitze in Fahrenheit | 79.0344 | 78.96 | 78.893 | 78.890 | 0.18 |
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse | Ziel | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Prozentualer Fehler |
|---|---|---|---|---|
Temperatur der Spitze in Fahrenheit | 79.0344 | 78.966 | 78.966 | 0.09 |