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 Explore
Creo Simulation Live
Prozentualer Fehler
Minimale Temperatur (F)
336
336.64
325.70
324.23
3.50
Maximale Temperatur (F)
2957
2597.17
2959.10
2959.30
0.08
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse
Ziel
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Prozentualer Fehler
Minimale Temperatur (F)
336
336.67
336.64
0.19
Maximale Temperatur (F)
2957
2957.20
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 Explore
Creo Simulation Live
Prozentualer Fehler
Temperatur der adiabatischen Fläche extrem links in °C
165
165
161.33
161.062
2.39
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse
Ziel
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Prozentualer Fehler
Temperatur der adiabatischen Fläche extrem links in °C
165
165.07
165.068
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 Explore
Creo Simulation Live
Prozentualer Fehler
Temperatur der Spitze in Fahrenheit
79.0344
78.96
78.901
78.904
0.16
Ergebnisvergleich für Creo Ansys Simulation (Standardnetz)
Ergebnisse
Ziel
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Prozentualer Fehler
Temperatur der Spitze in Fahrenheit
79.0344
79.035
79.0343
0.00
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