Casi di verifica per analisi termiche
Trasferimento di calore in una parete composita
Enunciato del problema: la parete di un forno è costituita da due strati di mattoni refrattari e mattoni isolanti. La temperatura all'interno del forno è di 3000 gradi F (Tf) e il coefficiente di convezione della superficie interna è pari a 3.333 x 10-3 BTU/s ft2 F (hf).
La temperatura ambiente è di 80 gradi F (Ta) e il coefficiente di convezione della superficie esterna è pari a 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 F (ha). Trovare la distribuzione della temperatura nella parete composita.
1. Strato interno
Coefficiente del trasferimento di calore: 3.333 x 10-3 BTU/s (ft2)(F)
Temperatura ambiente (temperatura all'interno del forno): 3000 F
2. Strato esterno
Coefficiente del trasferimento di calore: 5.556 x 10-4 BTU/s ft2 (F).
Temperatura ambiente: 80 F
Proprietà del materiale | Proprietà geometriche |
|---|---|
Mattone refrattario: k = 2.222 x 10-4 BTU/s ft F Isolamento: k = 2.778 x 10-5BTU/s ft F | Sezione trasversale = 1 poll x 1 poll Spessore mattone refrattario = 9 poll Spessore parete isolante = 5 poll |
Confronto dei risultati - Dispositivo di scorrimento della qualità di simulazione nella posizione di default
Risultati | Target | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|---|
Temperatura minima (F) | 336 | 336.64 | 322.0 | 321.19 | 4.41 |
Temperatura massima (F) | 2957 | 2597.17 | 2959.7 | 2959.78 | 0.09 |
Confronto dei risultati per Creo Ansys Simulation (mesh di default)
Risultati | Target | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|
Temperatura minima (F) | 336 | 336.69 | 336.64 | 0.19 |
Temperatura massima (F) | 2957 | 2957.2 | 2957.17 | 0.01 |
Conduzione in un blocco solido composito
Enunciato del problema: si consideri la conduzione termica in una parete creata come composto di due materiali. Il materiale 1 ha una sorgente di generazione di calore uniforme pari a 6000 watt applicata sulla superficie esterna, mentre il materiale 2 ha una superficie esterna esposta al raffreddamento convettivo. Calcolare la temperatura della superficie adiabatica sul lato sinistro del dominio.
Fonte: F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pag. 117, 2006.
Proprietà del materiale | Proprietà geometriche | Carico |
|---|---|---|
Materiale 1: conduttività = 75 W/m-K Materiale 2: conduttività = 150 W/m-K | Dimensioni del blocco: 70 mm X 80 mm Materiale 1 = 50 mm Materiale 2 = 20 mm Spessore = 1000 mm | Superficie sinistra: flusso di calore = 6000 W Superficie destra: HTC = 1000 W/m2 K e temperatura media ponderata del fluido = 30 C Tutte le altre superfici sono adiabatiche. |
Confronto dei risultati - Dispositivo di scorrimento della qualità di simulazione nella posizione di default
Risultati | Target | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|---|
Temperatura della superficie adiabatica sul lato estremo sinistro, in gradi C | 165 | 165 | 161.1 | 159.77 | 3.17 |
Confronto dei risultati per Creo Ansys Simulation (mesh di default)
Risultati | Target | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|
Temperatura della superficie adiabatica sul lato estremo sinistro, in gradi C | 165 | 165.06 | 165.07 | 0.04 |
Trasferimento di calore da una barra di raffreddamento
Enunciato del problema: una barra di raffreddamento in acciaio di area trasversale A e lunghezza L si estende da una parete mantenuta a temperatura T w. Il coefficiente di convezione superficiale tra la barra e l'aria circostante è h, la temperatura dell'aria è T a e la punta della barra è isolata. Trovare il calore condotto dalla barra e la temperatura della punta.
Le condizioni di convezione vengono applicate a tutte e 4 le superfici longitudinali.
Fonte: F. Kreith, "Principles of Heat Transfer", 2nd Printing, International Textbook Co., Scranton, PA, 1959, pag. 143, es. 4-5
Proprietà del materiale | Proprietà geometriche | Carico |
|---|---|---|
K = 9.71x10-3 BTU/s-ft-F | Sezione trasversale = 1.2 poll x 1.2 poll L = 8 poll | T w = 100 F T a = 0 F H = 2.778x10-4 BTU/s-ft2-F |
Confronto dei risultati - Dispositivo di scorrimento della qualità di simulazione nella posizione di default
Risultati | Target | Creo Simulate | Ansys Discovery Live | Creo Simulation Live | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|---|
Temperatura della punta, in gradi F | 79.0344 | 78.96 | 78.893 | 78.890 | 0.18 |
Confronto dei risultati per Creo Ansys Simulation (mesh di default)
Risultati | Target | Ansys AIM | Creo Ansys Simulation | Errore percentuale |
|---|---|---|---|---|
Temperatura della punta, in gradi F | 79.0344 | 78.966 | 78.966 | 0.09 |