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Casos de verificação para análises térmicas
Transferência térmica em uma parede composta
Enunciado de problema: Uma parede de fornalha consiste em duas camadas: tijolo refratário e tijolo isolante. A temperatura dentro da fornalha é 3000 F (Tf​) e o coeficiente de convecção da superfície interna é 3.333 x 10​-3 ​BTU/s ft​2 ​ F (hf​).
A temperatura ambiente é 80 F (Ta​) e o coeficiente de convecção da superfície externa é 5.556 x 10​-4 BTU/s ft2 F (h​a). Localize a distribuição de temperatura na parede composta.
1. Camada interna:
Coeficiente de convecção: 3.333 x 10-3 BTU/s (ft2) (F)
Temperatura ambiente (temperatura dentro da fornalha): 3000 F
2. Camada externa:
Coeficiente de convecção: 5.556 x 10​-4 BTU/s ft2 (F).
Temperatura ambiente: 80 F
Propriedades de materiais
Propriedades geométricas
Tijolo refratário: k = 2.222 x 10-4​ BTU/s pés F
Isolamento: k = 2.778 x 10-5BTU/s pés F
Seção cruzada = 1 pol. x 1 pol.
Espessura do tijolo refratário = 9 pol.
Espessura da parede isolante = 5 pol.
Comparação de resultados — Botão deslizante da qualidade da simulação na posição default
Resultados
Alvo
Creo Simulate
Ansys Discovery Explore
Creo Simulation Live
Porcentagem de erro
Temperatura mínima (F)
336
336.64
341.6
341.73
1.71
Temperatura máxima (F)
2957
2597.17
2959.10
2956.53
0.02
Comparação de resultados para o Creo Ansys Simulation (malha default)
Resultados
Alvo
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Porcentagem de erro
Temperatura mínima (F)
336
336.67
336.64
0.19
Temperatura máxima (F)
2957
2957.20
2957.17
0.01
Condução em um bloco sólido composto
Enunciado de problema: Considere a condução de calor em uma parede composta de dois materiais. O material 1 tem origem de geração de calor uniforme igual a 6000 Watts aplicado à superfície externa, enquanto o material 2 tem a superfície externa exposta a resfriamento convectivo. Compute a temperatura da superfície adiabática no lado esquerdo do domínio.
Referências: F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pg.117, 2006.
Propriedades de materiais
Propriedades geométricas
Carregando
Material 1: Condutividade = 75 W/m-K
Material 2: Condutividade = 150 W/m-K
Dimensões do bloco:
70 mm X 80 mm
Material 1= 50 mm
Material 2 = 20 mm
Espessura = 1000 mm
Superfície esquerda: Taxa de calor = 6000 W
Superfície direita: HTC = 1000 W/m2 K e temperatura em massa de fluido = 30 C
Todas as outras superfícies são adiabáticas.
Comparação de resultados — Botão deslizante da qualidade da simulação na posição default
Resultados
Alvo
Creo Simulate
Ansys Discovery Explore
Creo Simulation Live
Porcentagem de erro
Temperatura da superfície adiabática no extremo lado esquerdo, em graus C
165
165
166
166.008
0.61
Comparação de resultados para o Creo Ansys Simulation (malha default)
Resultados
Alvo
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Porcentagem de erro
Temperatura da superfície adiabática no extremo lado esquerdo, em graus C
165
165.07
165.068
0.04
Transferência térmica de uma coluna de resfriamento
Enunciado de problema: Uma coluna de resfriamento feita de aço com área de seção cruzada A e comprimento L estende-se a partir de uma parede que é mantida a temperatura T w. O coeficiente de convecção da superfície entre a coluna e o ar ambiente é h, a temperatura do ar é T a e a ponta da coluna é isolada. Encontre o calor conduzido pela coluna e a temperatura da ponta.
Condições de convecção são aplicadas a todas as quatro superfícies longitudinais.
Referências: F. Kreith, "Principles of Heat Transfer", 2nd Printing, International Textbook Co.,Scranton, PA, 1959, pg. 143, ex. 4-5
Propriedades de materiais
Propriedades geométricas
Carregando
K = 9.71x10-3 BTU/s-pés-F
Seção cruzada = 1.2 pol. x 1.2 pol.
L = 8 pol.
T w = 100 F
T a = 0 F
H = 2.778x10-4 BTU/s-ft2-F
Comparação de resultados — Botão deslizante da qualidade da simulação na posição default
Resultados
Alvo
Creo Simulate
Ansys Discovery Explore
Creo Simulation Live
Porcentagem de erro
Temperatura da ponta, em graus F
79.0344
78.96
79.34
79.258
0.28
Comparação de resultados para o Creo Ansys Simulation (malha default)
Resultados
Alvo
Ansys Discovery Refine
Creo Ansys Simulation
Porcentagem de erro
Temperatura da ponta, em graus F
79.0344
79.035
79.0343
0.00
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