Annahme: Ein Zylinder aus Edelstahl (AISI 304) mit zunächst 600 K wird durch das Eintauchen in ein Ölbad auf 300 K mit einer Konvektion von h = 500 W/m 2 K abgeschreckt. Die Länge des Zylinders beträgt 60 mm, und der Durchmesser beträgt 80 mm. Materialeigenschaften für Edelstahl (AISI 304) aus der Einführung zur Wärmeübertragung: Dichte = 7900 kg/m 3 , Wärmeleitkoeffizient = 17,4 W/m K und spezifische Wärme = 526 J/kg K.
Suchen: Welche Temperaturen herrschen in der Mitte des Zylinders, am Mittelpunkt einer kreisförmigen Fläche und an der mittleren Höhe der Seite nach 3 Minuten im Kühlprozess?
Abbildung 1: Fehlerhafte Geometrie
In diesem Beispiel wird nur die Erstellung des Modells berücksichtigt. Anweisungen zum Einrichten und Durchführen der Analyse finden Sie unter Zylinder mit Konvektion. Erstellen Sie zwei verschiedene Entwurfsszenarien in einem Modell: ein Entwurfsszenario enthält achsensymmetrische 2D-Elemente und ein Entwurfsszenario enthält Ziegelelemente.
Methode 1: Achsensymmetrisches 2D-Modell
Bei einem achsensymmetrischen Modell wird nur der Querschnitt von der Mittellinie des Zylinders zur Außenseite modelliert. Aufgrund der vertikalen Symmetrie wird nur die obere Hälfte des Querschnitts modelliert. Das Modell muss sich in der YZ-Ebene mit der Z-Achse als Mittellinie befinden.
- Starten Sie ein neues FEM-Modell.
- Legen Sie den Analysetyp auf Thermisch: Transiente Wärmeübertragung fest.
- Bei der Analyse wird das Einheitensystem Metrisch mks (SI) mit Kelvin für Temperatureinheiten verwendet. Klicken Sie auf Standard Einheiten überschreiben , und wählen Sie Metrisch mks (SI) aus der Dropdown-Liste Einheitensystem. Dadurch wird mit Ausnahme der Temperatur alles eingestellt. Ändern Sie das Einheitensystem in Benutzerdefiniert , und legen Sie die Temperatur (absolut) auf K (K) fest. Klicken Sie auf OK, um die Einheiten festzulegen.
- Klicken Sie auf Neu, und geben Sie einen Modellnamen ein.
- Verwenden Sie Netz
Strukturiertes Netz 4-Punkt-Rechteck zum Erstellen eines strukturierten Netzes. - Legen Sie für Bauteil und Fläche 1 fest. Geben Sie 20 in das Feld AB ein. Geben Sie 20 in das Feld BC ein. Definieren Sie Punkt A als (0,0,0), Punkt B als (0,0.040,0), Punkt C als (0,0.040,0.030) und Punkt D als (0,0,0.030). Klicken Sie auf Anwenden, um das Netz zu erstellen.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche X, um das Dialogfeld Einstellungen Punktnetz zu schließen.
- Um zu sehen, was erstellt wurde, ändern Sie die Ansicht mit Ansicht Navigieren Ausrichtung Rechtsansicht.
- Die Außenseite des Zylinders weist eine Konvektionslast auf. Verwenden Sie Auswahl Form Rechteck und Auswahl Auswählen Linien, um die Linien entlang der oberen und der rechten Kante des Modells auszuwählen. (Halten Sie bei Auswahl der zweiten Kante die Umschalttaste gedrückt, um die Kante der ersten Auswahl hinzuzufügen). Verwenden Sie Zeichnen Ändern Attribute, um die Linien in Fläche 2 zu platzieren. Klicken Sie auf OK.
Methode 2: 3D-Ziegelmodell
Das 2D-Modell kann problemlos in ein 3D-Ziegelmodell konvertiert werden. Die Konvertierung ist nach dem Durchführen der Analyse auf dem 2D-Modell einfacher. Es ist nicht erforderlich, die Analyseparameter zweimal einzugeben. Sie werden von Entwurfsszenario 1 in Entwurfsszenario 2 kopiert.