定常熱伝導解析の問題
この章には、定常熱伝導解析の問題と Thermal での結果が掲載されています。定常熱伝導解析では、指定した拘束条件の下で指定した熱荷重を加えたときのモデルの熱応答が計算されます。モデルに適用されているすべてのシステム定義メジャーも自動的に計算されます。
この章には次の問題が掲載されています。
mvts001: ビーム要素を使用したクーリングフィンの 3D モデル
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解析タイプ:
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定常熱伝導解析
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モデルタイプ:
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3D
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比較対象:
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ANSYS No. 95
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参考文献:
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Kreith, F. Principles of Heat Transfer.第 2 版 PA: International Textbook Co., 1959.
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説明:
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2 次元断面領域が四角形のクーリングフィンが流体にさらされ、一方の端は一定の温度に保たれ、もう一方の端は断熱されています。断熱された先端 B における温度を求めます。
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仕様
要素のタイプ: | ビーム (1) | |
単位: | Hr Ft Btu  F | |
寸法: | 長さ: 0.6666 | |
ビーム特性: | 面積: 0.00694 IYY: 0 せん断 FY: 0 CY: 0 | J: 0 IZZ: 0 せん断 FZ: 0 CZ: 0 |
材料特性: | 質量密度: 1 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 25 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
therm_constr1 | 点 A に適用: 100 | |
熱伝達条件: | 位置/熱伝達率: | 雰囲気温度: |
therm_constr1 | カーブ AB に適用: 0.333332 | 0 |
結果データの比較
理論値 | ANSYS | Thermal | 差 (%) | |
|---|---|---|---|---|
先端 B における温度 (m=tip_temp) | 68.594 | 68.618 | 68.582 | 0.0174% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 0.0 % | 最大次数: 5 | 方程式の数 : 5 | ||
mvts002: 対流があるプレートの 2D モデル
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 2D 応力 |
参考文献: | NAFEMS, FEBSTA, No. T4 |
説明: | 厚みが一様なプレートの 1 つの側が断熱され、ほかの 2 つの側は流体にさらされています。4 つ目の側は一定の温度で保たれています。点 E における温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | 2D 応力 (2) | |
単位: | Hr M W C | |
寸法: | 長さ: 1.0 幅: 0.6 | |
材料特性: | 質量密度: 0.08 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 52 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
therm_constr1 | カーブ AB に適用: 100 | |
熱伝達条件: | 位置/熱伝達率: | 雰囲気温度: |
therm_constr1 | カーブ CD、BE、CE に適用: 750 | 0 |
結果データの比較
理論値 | Thermal | 差 (%) | |
|---|---|---|---|
点 E における温度 (m=pt_e_temp) | 18.3 | 18.15 | 0.81% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 2.0 % | 最大次数: 9 | 方程式の数: 84 | |
mvts003: 指定熱流束がある円柱の 2D 軸対称モデル
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 2D 軸対称 |
参考文献: | NAFEMS, BMTTA(S), No. 15(i) |
説明: | 円柱の境界の一部の周囲に指定熱流束があります。底面は一定の温度で保たれ、上面は断熱されています。点 E における温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | 2D ソリッド (2) | |
単位: | Hr M W C | |
寸法: | 内側半径: 0.0 外側半径: 0.1 高さ: 0.05 | |
材料特性: | 質量密度: 7850 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 52 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
therm_constr1 | カーブ AB に適用: 0 | |
熱荷重 | 位置/マグニチュード | 分布 | 空間的変化 |
|---|---|---|---|
therm_load1 | カーブ CE に適用: 500000 | 単位面積あたりの熱量/時間 | 一様 |
結果データの比較
理論値 | Thermal | 差 (%) | |
ターゲット点 E における温度 (m = target_pt_temp) | 213.6 | 213.82 | 0.1% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 0.0 % | 最大次数: 9 | 方程式の数: 80 | |
mvts004: 中央熱源がある中空円柱の 2D 軸対称モデル
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 2D 軸対称 |
参考文献: | NAFEMS, BMTTA(S), No. 15 (iii) |
説明: | 中空円柱の内面の中央部分に指定熱流束があります。両端は断熱されています。上面、底面、外面は一定の温度に保たれています。点 G における温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | 2D ソリッド (2) | |
単位: | Hr M W C | |
寸法: | 内側半径: 0.02 外側半径: 0.1 高さ: 0.14 | |
材料特性: | 質量密度: 7850 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 52 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
Therm_constr1 | カーブ AB、BC、CD に適用: 0 | |
熱荷重 | 位置/マグニチュード | 分布 | 空間的変化 |
|---|---|---|---|
Therm_load1 | カーブ EF に適用: 500000 | 単位面積あたりの熱量/時間 | 一様 |
結果データの比較
理論値 | Thermal | 差 (%) | |
ターゲット点 G における温度 (m = target_pt_temp) | 59.82 | 59.84 | 0.03% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 0.0 % | 最大次数: 9 | 方程式の数 : 133 | |
mvts005: 2 層ウォールの 2D 単位深さモデルの温度
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 2D 単位深さ |
比較対象: | ANSYS No. 92 |
参考文献: | Kreith, F. Principles of Heat Transfer.第 2 版 PA: International Textbook Co., 1959. |
説明: | 2 層レイヤーウォールの内側サーフェスと外側サーフェスの両方が熱流束にさらされ、端は断熱されています。内側サーフェスと外側サーフェスの温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | 2D ソリッド (2) | |
単位: | Hr Ft Btu F | |
寸法: | レイヤー 1 の厚み: 0.75 レイヤー 2 の厚み: 0.416666 | |
材料特性: | 質量密度: 1 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: • レイヤー 1 (K1): 0.8 • レイヤー 2 (K2): 0.1 |
熱伝達条件: | 位置/熱伝達率: | 雰囲気温度: |
Therm_constr1 | カーブ AB に適用: 12 カーブ CD に適用: 2 | 3000 80 |
結果データの比較
理論値 | ANSYS | Thermal | 差 (%) | |
|---|---|---|---|---|
内側サーフェスの温度 (m=inner_temp_1) | 2957 | 2957.2 | 2957.2 | 0.006% |
外側サーフェスの温度 (m=outer_temp_1) | 336 | 336.7 | 336.7 | 0.2% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 0.0 % | 最大次数: 2 | 方程式の数 : 13 | ||
mvts006: ソリッド要素を使用したクーリングフィンの 3D モデル
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 3D |
比較対象: | ANSYS No. 96 |
参考文献: | Kreith, F. Principles of Heat Transfer.第 2 版 PA: International Textbook Co., 1959. |
説明: | 2 次元断面領域が四角形のクーリングフィンが流体にさらされ、一方の端は一定の温度に保たれ、もう一方の端は断熱されています。断熱された先端 (サーフェス EFGH) における温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | ソリッド (2) | |
単位: | Hr Ft Btu F | |
寸法: | 長さ: 0.6666 幅: 0.083333 高さ: 0.083333 | |
材料特性: | 質量密度: 1 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 25 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
thermal_constr1 | サーフェス ABCD に適用: 100 | |
熱伝達条件: | 位置/マグニチュード: | 雰囲気温度: |
therm_constr1 | サーフェス ABCD および EFGH を除くすべての外側サーフェスに適用: 1 | 0 |
結果データの比較
理論値 | ANSYS | Thermal | 差 (%) | |
先端の温度 (m=tip_temp_1) | 68.592 | 68.618 | 68.533 | 0.09% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 0.0 % | 最大次数: 8 | 方程式の数: 998 | ||
mvts007: ソリッド円柱の 3D モデルの温度分布
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 3D |
比較対象: | ANSYS No. 101 |
参考文献: | Schneider, P. J. Conduction Heat Transfer.第 2 版 MA: Addison-Wesley Publishing Co., Inc., 1957. |
説明: | 短いソリッドの円柱のすべてのサーフェスに指定温度が適用されています。円柱における温度分布を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | ソリッド 1 (2) | |
単位: | Hr Ft Btu F | |
寸法: | 外側半径: 0.5 高さ: 0.5 | |
材料特性: | 質量密度: 1 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 1.0 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
therm_constr1 | サーフェス EMN (上側) に適用: 40 サーフェス AKL (下側) および KLMN (外側サーフェス) に適用: 0 | |
結果データの比較
理論値 | ANSYS | Thermal | 差 (%) | |
|---|---|---|---|---|
点 A (m=node_1_temp) | 0 | 0 | 0.0 | 0.0% |
点 B (m=node_11_temp) | 6.8 | 7.4427 | 6.8577 | 0.84% |
点 C (m=node_21_temp) | 15.6 | 16.361 | 15.4406 | 1% |
点 D (m=node_31_temp) | 26.8 | 27.411 | 26.4951 | 1.13% |
点 E (m=node_41_temp) | 40 | 40 | 40.0 | 0.0% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 1.4 % | 最大次数: 9 | 方程式の数 : 622 | ||
mvts008: 指定温度があるシェルの 3D モデル
解析タイプ: | 定常熱伝導解析 |
モデルタイプ: | 3D |
参考文献: | NAFEMS, BMTTA(S), No. 9 (i) |
説明: | プレートの境界周囲に均一に同じ指定温度が分布しています。内部熱は生成されません。点 E における温度を求めます。 |
仕様
要素のタイプ: | シェル (10) | |
単位: | Hr M W C | |
寸法: | 長さ: 0.6 幅: 0.4 厚み: 1 | |
材料特性: | 質量密度: 7850 単位質量あたりのコスト: 0 ヤング率: 0 | ポアソン比: 0 熱膨張: 0 熱伝導率: 52 |
指定温度: | 位置/マグニチュード: | |
therm_constr1 | カーブ AB に適用: 1000 カーブ AD、CD、BC に適用: 0 | |
結果データの比較
理論値 | Thermal | 差 (%) | |
ターゲット点 E における温度 (m = target_pt_temp) | 260.5 | 260.4192 | 0.03% |
収束 %: ローカル温度/エネルギーインデックスについて 1.8 % | 最大次数: 9 | 方程式の数: 341 | |