熱分析的驗證案例
複合壁的熱傳遞
問題說明：爐壁由兩層組成，即耐火磚與絕緣磚。爐內溫度為 3000 F (Tf)，且内側曲面對流係數為 3.333 x 10-3 BTU/s ft2 F (hf)。
環境溫度為 80 F (T)，且外側曲面對流係數為 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 F (ha)。求出複合壁中的溫度分佈。
1. 內層：
膜係數：3.333 x 10-3 BTU/s (ft2) (F)
環境溫度 (爐內溫度)：3000 F
2. 外層：
膜係數：5.556 x 10-4 BTU/s (ft2) (F)
環境溫度：80 F
材料內容 | 幾何屬性 |
|---|---|
耐火磚：k = 2.222 x 10-4 BTU/s ft F 絕緣磚：k = 2.778 x 10-5 BTU/s ft F | 橫截面 = 1 in x 1 in 耐火磚厚度 = 9 in 絕緣壁厚度 = 5 in |
結果比較 - 模擬品質滑塊位於預設位置處
結果 | 目標 | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|---|
最低溫度 (F) | 336 | 336.64 | 320.83 | 321.42 | 4.53 |
最高溫度 (F) | 2957 | 2597.17 | 2959.8 | 2959.75 | 0.09 |
Creo Ansys Simulation 的結果比較 (預設網格)
結果 | 目標 | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|
最低溫度 (F) | 336 | 336.68 | 336.64 | 0.19 |
最高溫度 (F) | 2957 | 2957.2 | 2957.17 | 0.006 |
複合實體區塊中的傳導
問題說明：考慮由兩種材料複合形成之壁中的熱傳導。材料 1 具有均勻的熱產生源，可提供作用於外側曲面的 6000 瓦特熱量，而材料 2 具有暴露於對流冷卻的外側曲面。計算領域左側隔熱曲面的溫度。
參照：F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pg.117, 2006.
材料內容 | 幾何屬性 | 負載 |
|---|---|---|
材料 1：傳導率 = 75 W/m-K 材料 2：傳導率 = 150 W/m-K | 區塊尺寸： 70 mm X 80 mm 材料 1 = 50 mm 材料 2 = 20 mm 厚度 = 1000 mm | 左曲面：熱流 = 6000 W 右曲面：HTC = 1000 W/m2 K，且流體容積溫度 = 30 C 所有其他曲面皆隔熱。 |
結果比較 - 模擬品質滑塊位於預設位置處
結果 | 目標 | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|---|
最左側隔熱曲面溫度 (°C) | 165 | 165 | 163.09 | 163.09 | 1.17 |
Creo Ansys Simulation 的結果比較 (預設網格)
結果 | 目標 | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|
最左側隔熱曲面溫度 (°C) | 165 | 165.08 | 165.08 | 0.05 |
冷卻骨架的熱傳遞
問題說明：橫截面面積為 A 且長度為 L 的鋼制冷卻骨架從溫度保持在 T w 的壁處延伸。骨架與周圍空氣之間的曲面對流係數是 h，空氣溫度是 T a，且骨架尖端絕熱。求出骨架所傳的熱量及尖端的溫度。
對流條件會作用至所有 4 個縱向曲面。
參照：F. Kreith, "Principles of Heat Transfer", 2nd Printing, International Textbook Co.,Scranton, PA, 1959, pg. 143, ex. 4-5
材料內容 | 幾何屬性 | 負載 |
|---|---|---|
K = 9.71x10-3BTU/s-ft-F | 橫截面 = 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 |
結果比較 - 模擬品質滑塊位於預設位置處
結果 | 目標 | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|---|
尖端溫度 (°F) | 79.0344 | 78.96 | 78.87 | 78.866 | 0.21 |
Creo Ansys Simulation 的結果比較 (預設網格)
結果 | 目標 | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | 百分比誤差 |
|---|---|---|---|---|
尖端溫度 (°F) | 79.0344 | 78.966 | 78.965 | 0.087 |