Vorgegeben: Eine wassergekühlte, hitzebeständige Wand in einem Heizkessel ist den in der folgenden Abbildung dargestellten Bedingungen ausgesetzt. Es wird angenommen, dass die Temperatur der kalten Fläche bei 125 °F (51,6 °C) bleibt.
Zu ermitteln: Die Wärme, die durch das Wasser pro Fuß im Rohr gewonnen wird.
| Material | Wand (Bauteil 1) | Feuerfest (Bauteil 2) | Rohr (Bauteil 3) |
|---|---|---|---|
|
Wärmeleitfähigkeit (BTU/s in °F) |
6.254E-4 |
1.1E-5 |
6.254E-4 |
| Tabelle 1: Materialeigenschaften | |||
Lösungsverfahren
In diesem Beispiel wird nur die Erstellung des Modells beschrieben. Anweisungen zum Einrichten und Durchführen der Analyse finden Sie unter Wassergekühlte Wand mit Strahlung, Konvektion und Temperatur.
Jeder Querschnitt ist identisch. Es kann eine zweidimensionale planare Analyse durchgeführt werden. Aufgrund der Symmetrie wird nur der Querschnitt um ein einziges Rohr modelliert, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Es wird der Umriss der einzelnen Materialien gezeichnet, und das Modell wird mit der 2D-Netzgenerierung vernetzt.
Drahtkörper des Modells (nicht maßstabsgerecht)
- Starten Sie ein neues FEM-Modell.
- Legen Sie als Analyseart Thermisch: Stationäre Wärmeübertragung fest.
- Legen Sie das Einheitensystem so fest, dass es der Problemstellung entspricht. Klicken Sie auf Standard Einheiten überschreiben, und wählen Sie im Dropdown-Menü für das Einheitensystem die Option Englisch (in BTU). Klicken Sie auf OK, um die Einheiten einzustellen.
- Klicken Sie auf Neu, und geben Sie einen Modellnamen ein.
- Beginnen Sie eine neue Skizze. Klicken Sie mit der rechten Maustaste in der Ebenenverzweigung der Strukturansicht auf Ebene 2 <YZ (+X)>, und wählen Sie Skizze. Die Skizzierebene wird mit dem Raster angezeigt. Wählen Sie YZ<+X> für 2D-Elemente.
- Fügen Sie mit dem Befehl Zeichnen
Zeichnen Recheck ein Rechteck für die Wand ein. Stellen Sie sicher, dass für die Bauteilnummer 1 festgelegt und das Kontrollkästchen Als Konstruktion verwenden aktiviert ist. Geben Sie die erste Ecke bei (0,0,0) und die zweite Ecke bei (0,12,0.25) ein. Klicken Sie auf Anwenden, um das Rechteck fertig zu stellen. - Fügen Sie ein Rechteck für die feuerfeste Fläche ein. Legen Sie die Bauteilnummer 2 fest. Geben Sie die erste Ecke bei (0,0,0.25) (oder fangen Sie die vorhandene Ecke der Wand) und die zweite Ecke bei (0,12,12.25) ein. Klicken Sie auf Anwenden, um das Rechteck fertig zu stellen.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche X, um das Dialogfeld Rechteck hinzufügen zu schließen.
- Zeigen Sie das gesamte Modell mit Ansicht Navigieren Einschließen an.
- Fügen Sie die Bohrung in die feuerfeste Fläche mit dem Befehl Zeichnen Zeichnen Kreis Mittelpunkt und Radius ein. Stellen Sie sicher, dass für das Bauteil 2 festgelegt und die Option Als Konstruktion verwenden aktiviert ist. Geben Sie die zwei Punkte bei (0,6,1.75) (die Mitte) und (0,6,1.25) (einen geeigneten Punkt auf dem Umfang der Bohrung) ein. Klicken Sie auf Anwenden, um den Kreis fertig zu stellen.
- Die Außenseite des Rohres berührt die Innenseite der Bohrung, es muss also ein Kreis derselben Größe auf Bauteil 3 gezeichnet werden. Legen Sie als Bauteilnummer 3 fest. Klicken Sie auf die beiden Konstruktionspunkte, die mit dem vorherigen Kreis erstellt wurden, um den neuen Kreis oben hinzuzufügen. Klicken Sie auf Anwenden, um den Kreis fertig zu stellen.
- Fügen Sie einen weiteren Kreis für die Innenseite des Rohres hinzu. Verwenden Sie den Mittelpunkt des vorhandenen Kreises und den Punkt (0, 6 1.375). Klicken Sie auf Anwenden, um den Kreis fertig zu stellen.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche X, um das Dialogfeld zum Definieren eines Kreises zu schließen.
- Stellen Sie die Skizze fertig, indem Sie mit der rechten Maustaste in der Strukturansicht auf Ebene 2 <YZ (+ X)> klicken und die Skizze deaktivieren.
- Beim Hinzufügen eines Objekts zu einer Skizzierebene wird in der Strukturansicht eine Verzweigung erstellt. Sie befindet sich unter dem Bauteil mit dem Namen der Ebene. Wählen Sie die Überschrift YZ <+X> in der Strukturansicht unter Bauteil 1 aus. Halten Sie die Strg-Taste gedrückt, und wählen Sie die Überschrift YZ <+X> für Bauteile 2 und 3 aus. Klicken Sie mit der rechten Maustaste darauf. Wählen Sie den Befehl 2D-Netz erstellen. (Sie können auch mit der rechten Maustaste auf die Verzweigung Ebene 2 <YZ (+X)> unter der Überschrift Ebenen in der Strukturansicht klicken, Alle Skizzen wählen auswählen und anschließend mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Ebenen klicken und den Befehl 2D-Netz erstellen auswählen.)
- Klicken Sie auf Anwenden. Das Netz wird auf allen drei Bauteilen erzeugt.