Was bedeutet Körper-zu-Körper-Strahlung?
- Körper-zu-Körper-Strahlung ist verantworlich für die Übertragung von Wärme durch Strahlung zwischen mehreren Flächen.
- Die Menge der auftretenden Wärmeübertragung steht im Verhältnis zum Temperaturunterschied zwischen den beiden Bauteilen, den Ansichtsfaktor zwischen den beiden Bauteilen und den Emissionsgrad der beiden Flächen.
Anwenden der Körper-zu-Körper-Strahlung
Körper-zu-Körper-Strahlung kann in einer Wärmeübertragungsanalyse angewendet werden, indem Sie mit der rechten Maustaste an einer beliebigen Stelle in der Anzeige klicken, nur nicht im Modell. Wählen Sie im Menü den Befehl Körper-zu-Körper-Strahlung. Vergewissern Sie sich, dass keine Objekte ausgewählt sind. Wenn Sie mit der rechten Maustaste klicken, wird ein Menü für diese Objekte angezeigt. Wenn das Menü für den Befehl Körper-zu-Körper-Strahlung nicht angezeigt wird, drücken Sie die <ESC>-Taste mehrmals, um alle Auswahloptionen zu stornieren, und klicken Sie erneut mit der rechten Maustaste.
Definieren von Flächen der Strahlung von Körper zu Körper
Legen Sie die Flächen, die an der Strahlung beteiligt sein sollen, auf eine eindeutige Flächennummer fest, d. h. die höchste Flächennummer der Linien, aus denen die Elemente bestehen, die strahlen. Um zu bestimmen, welche der sechs möglichen Seiten eines Ziegelelements an der Strahlung beteiligt sind, prüft der Solver die Flächennummer jeder Linie, aus der ein Element besteht. Jede Fläche, die über einen Großteil dieser Linien (3 von 4 Seiten oder 2 von 3 Seiten) auf der höchsten Flächennummer verfügt, kann an der Strahlung beteiligt sein. Flächen, deren Linien sich nicht auf der höchsten Flächennumer befinden, können nicht an der Strahlung beteiligt sein.
Um die Körper-zu-Körper-Strahlung einzurichten, müssen Sie zuerst Flächen der Strahlung von Körper zu Körper definieren. Diese Flächen der Strahlung können mit den Flächen in Ihrem Modell identisch sein. Oder es können Gruppen von Flächen in Ihrem Modell sein. Drücken Sie die Schaltfläche Flächen definieren. Klicken Sie im Dialogfeld Flächen der Strahlung von Körper zu Körper auf die Schaltfläche Fläche hinzufügen, um das Dialogfeld Bauteil- und Flächenauswahl anzuzeigen. Verwenden Sie die Pulldown-Menüs zum Hinzufügen einer einzelnen Fläche aus Ihrem Modell in die Fläche der Strahlung. Wenn Sie eine Fläche aus einem Schalenelementbauteil hinzufügen, müssen Sie auch angeben, ob die obere, untere oder beide Seiten der Schale beteiligt sind. Die Oberkante eines Schalenelements liegt gegenüber der Element-Knotennormale, die im Dialogfeld Elementdefinition definiert ist. Nachdem Sie die Auswahl vorgenommen haben, klicken Sie auf die Schaltfläche OK.
Nach dem Definieren der Oberfläche mithilfe des Dialogfelds Bauteil- und Flächenauswahl müssen Sie angeben, ob der Emissionsgrad der Fläche temperaturunabhängig oder -abhängig ist. Verwenden Sie dazu die Dropdown-Liste Emissionsvermögen. Wenn die Option Temperaturunabhängig ausgewählt ist, müssen Sie das Konstantenemissionsvermögen im Feld Temperaturunabhängiges Emissionsvermögen definieren. Wenn die Option Temperaturabhängig ausgewählt ist, müssen Sie die Werte für das Emissionsvermögen für jede Temperatur in einem tabellarischen Format definieren, indem Sie auf die Schaltfläche Emissionsgradkurven klicken. Die Werte für das Emissionsvermögen werden zwischen Temperaturwerten linear interpoliert.
Das Pulldown-Menü Status ist eine einfache Möglichkeit, die Flächen der Strahlung aus der Berechnung zu entfernen, ohne alle Eingaben zu löschen. Die Optionen lauten wie folgt:
- Aktiviert: Die Fläche der Strahlung ist an der Strahlungsberechnung beteiligt.
- Deaktiviert: Die Fläche der Strahlung ist nicht an der Strahlungsberechnung beteiligt. Das Endergebnis ist dasselbe, wie wenn die Fläche aus der Strahlungseinrichtung gelöscht würde. Der Vorteil der Deaktivierung besteht darin, dass die Flächen der Strahlung später erneut ohne Neudefinieren der Eingabe aktiviert werden können.
- Aktiviert (Inaktiv) und Deaktiviert (Inaktiv): Sie können diese Optionen nicht festlegen. Wenn die Bauteil-/Flächennummer aus dem Modell entfernt wird, z. B. wenn die Linien gelöscht oder in eine andere Flächennummer geändert werden, wird die entsprechende Fläche der Strahlung automatisch auf inaktiv festgelegt. Dies bedeutet, dass die Fläche der Strahlung zuvor definiert wurde, jedoch nicht mehr im Modell existiert und daher keine Auswirkungen hat. Wenn die Bauteil-/Flächennummer wieder an das Modell zurückgegeben wird, wird der Status automatisch wieder auf die vorherige Einstellung zurückgesetzt (Aktiviert oder Deaktiviert).
Beim Definieren einer Fläche der Strahlung mit dem Dialogfeld Bauteil- und Flächenauswahl besteht eine Möglichkeit darin, Alle als Flächennummer zu wählen. Dadurch wird angezeigt, dass alle freien Flächen des Bauteils an der Körper-zu-Körper-Strahlung beteiligt sind. Wenn alle Flächen mit Ausnahme von einer Fläche an der Strahlung beteiligt sind, dann besteht eine zeitsparende Lösung darin, die Option Alle im Dialogfeld Bauteil- und Flächenauswahl zu wählen und dann die Pulldown-Liste Vermiedene Fläche im Dialogfeld Körper-zu-Körper-Strahlung zu verwenden, um eine Fläche aus der Fläche der Strahlung auszuschließen.
Definieren der Strahlungsgehäuse
Nachdem die Flächen der Strahlung definiert sind, müssen Sie diese in Gehäuse platzieren. Aufgrund der Reflexion zwischen Flächen muss die Körper-zu-Körper-Strahlung anders definiert werden als andere Typen von Flächeninteraktionen, mit denen Sie vielleicht vertraut sind. Nehmen Sie beispielsweise den Fläche-zu-Fläche-Kontakt. Fläche 2 darf Fläche 3 kontaktieren und unabhängig davon Fläche 4. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sich die Flächen 3 und 4 berühren dürfen. Bei der Körper-Körper-Strahlung verhält es sich wie folgt: Wenn Fläche 2 zu Fläche 3 und 4 strahlen kann, können Fläche 3 und 4 Strahlung entweder direkt oder indirekt wie in Abbildung 1 dargestellt austauschen.
Abbildung 1. Fläche 2, 3 und 4 (und Umgebung) aus einem Gehäuse: eine Gruppe von Flächen, die gegenseitig strahlen, aber keine andere Fläche
Folglich alle Flächen, die einander direkt oder indirekt gegenüber liegen, bilden ein Gehäuse. Abbildung 2 zeigt ein Modell, in dem ein Gehäuse definiert wird. Abbildung 3 zeigt ein Modell, in dem vier Gehäuse definiert werden
Abbildung 2. Unabhängig davon, wie viele Flächennummern verwendet werden, um die zusätzlichen Verzahnungen (4 sind oben dargestellt) zu definieren: Es müssen alle als ein Gehäuse definiert werden. Mathematisch gesehen kann Fläche 4 über mehrere Reflexionen zu Fläche 5 strahlen.
Abbildung 3 Es existieren vier unabhängige Gruppen von Flächen, die gegenseitig strahlen. Deshalb würden vier Gehäuse definiert werden. Gehäuse 1: Flächen 2 und 3; Gehäuse 2: Fläche 4; Gehäuse 3: Flächen 6, 8 und 9; und Gehäuse 4: Flächen 10 und 11
Sie können einem Gehäuse Flächen der Strahlung hinzufügen, indem Sie auf die Schaltfläche Hinzufügen im Abschnitt Flächen klicken.
Wenn die Ansichtsfaktoren nicht Summe 1 im Gehäuse ergeben (ein vollständig geschlossenes Volumen), strahlt das Gehäuse auch in die Umgebungsbedingungen. Selbst mit einem vollständig geschlossenen Volumen ist es unwahrscheinlich, dass der Ansichtsfaktor mathematisch die Summe von 1 ergibt. Dadurch wird der Rest des Strahlung an eine Quelle abgegeben, die angegeben werden muss, indem Sie die Option Zeitunabhängig oder Zeitabhängig in der Dropdown-Liste Umgebungstemperatur wählen. Wenn die OptionZeitunabhängig ausgewählt ist, definieren Sie die Umgebungstemperatur der Konstante im Feld Umgebungstemperaturwert. Wenn Sie eine vorübergehende Wärmeübertragungsanalyse durchführen und die Option Zeitabhängig ausgewählt ist, geben Sie die Lastkurve im Dropdown-Feld Umgebungstemperatur-Lastkurve an, der die Umgebungstemperatur folgen wird.
Wenn das Gehäuse eine Schattierung erhalten soll, wählen Sie in der Dropdown-Liste Schattierung die Option Einbezogen. Schattieren gibt an, dass ein Körper die direkte Sichtlinie zwischen Flächen eines anderen Körpers blockiert. Das klassische Beispiel sind verschachtelte Zylinder (siehe Abbildung 4). Mathematisch gesprochen könnte die Innenseite des großen Zylinders (Fläche 2) über den Durchmesser direkt durch Fläche 3 strahlen. Um diese Situation zu vermeiden, sollte die Schattierung eingeschlossen werden. (Nur im Gehäuse definierte Flächen haben einen Schattierungseffekt). Für das Gehäuse in Abbildung 2 müsste die Schattierung auch auf Einbezogen gesetzt werden, um zu vermeiden, dass die Strahlung (mathematisch) durch den Körper fließt.
(a) (b)
Abbildung 4. Ohne Schattierung (a) kann ein Punkt auf der Innenseite des Rohrs alle anderen Punkte innerhalb des Rohrs sehen. Mit Schattierung (b) wird ein Teil der Ansicht durch den inneren Zylinder blockiert.
Definieren von Parametern für die Körper-zu-Körper-Strahlung
Die Registerkarte Parameter legt allgemeine Parameter für die Körper-zu-Körper-Strahlung fest. Diese Einstellungen gelten für alle Körper-zu-Körper-Strahlungsgehäuse und -flächen.
Es gibt zwei Methoden zum Berechnen des Ansichtfaktors zwischen den Flächen. Verwenden Sie die Pulldown-Liste Berechnungsmethode des Ansichtsfaktors, um die zu verwendende Methode auszuwählen. Die Option Punkt-zu-Punkt eignet sich, wenn die strahlenden Flächen im Vergleich zur Größe der Elemente gut getrennt sind; daher ist der Ansichtsfaktor von einem Element zu einem anderen Element klein. Der Vorteil ist, dass diese Methode am wenigsten Zeit zum Berechnen der Ansichtsfaktoren benötigt, jedoch auf Kosten der Genauigkeit (weshalb die Elemente gut getrennt sein müssen). Das Modell in Abbildung 4 ist ein Beispiel dafür, wann die Punkt-zu-Punkt-Methode akzeptable Ergebnisse liefert. Die Methode Zeichenfolgenregel/Konturenintegration ist genauer, die Berechnung dauert jedoch länger. Sie sollte verwendet werden, wenn der Ansichtsfaktor von einem Element in ein anderes groß ist, was der Fall ist, wenn die Elemente eng beieinander liegen. Das Modell in Abbildung 2 ist ein Beispiel dafür, wann die Methode Zeichenfolgenregel/Konturintegration verwendet werden sollte. Die Elemente an der Wurzel der einzelnen Verzahnungen liegen sich gegenüber und liegen sehr eng beieinander.
Das Feld Ansichtsfaktortoleranz wird verwendet, wenn ein Gehäuse keine Umgebungstemperatur aufweist. Das System ist vollständig im Gehäuse und die Summe des Ansichtsfaktors sollte 1 ein. Wenn die Summe der Ansichtsfaktoren für jedes Element nicht innerhalb des Ansichtsfaktortoleranzwerts von 1 liegt, wird eine Warnung ausgegeben, wenn das Modell analysiert wird.