Capitolo 9: Assegnazione di condizioni al contorno

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Nel capitolo precedente è stato descritto come assegnare, creare e gestire materiali all'interno dello studio di progettazione. In questo capitolo viene esaminato in che modo il progetto interagisce con l'ambiente circostante. Assegnando condizioni al contorno, ad esempio portata, pressione e temperatura ad aperture e altre posizioni specifiche, il progetto viene "collegato" di fatto al mondo fisico. Inoltre, le condizioni al contorno consentono di specificare il caricamento termico interno, ad esempio la dissipazione di calore spesso rilevata nelle simulazioni elettroniche della gestione termica.

Le condizioni al contorno definiscono gli input del modello della simulazione. Condizioni come la velocità e la portata volumetrica definiscono la modalità di ingresso (o di uscita) di un fluido nel modello (o dal modello). Altre condizioni, come ad esempio il coefficiente di film e flusso termico, definiscono l'interscambio di energia tra il modello e l'ambiente circostante.

Le condizioni al contorno collegano il modello di simulazione con l'ambiente circostante. Senza di esse, la simulazione non viene definita e in molti casi non può proseguire. È possibile definire la maggior parte delle condizioni al contorno come di stato costante o provvisorio. Le condizioni al contorno di stato costante vengono conservate durante l'intera simulazione. Le condizioni al contorno di stato transitorio variano con il passare del tempo e vengono spesso utilizzate per simulare un evento o un fenomeno ciclico.

Nota: Flusso e calore entrano ed escono dal modello in corrispondenza di posizioni specifiche. Le superfici esterne che non presentano condizioni al contorno vengono considerate pareti adiabatiche (nessun trasferimento di flusso e termico).

Utilizzo di condizioni al contorno

Per assegnare una condizione al contorno

Per iniziare, attivare l'operazione Condizione al contorno da Imposta(scheda) > Operazioni di impostazione (gruppo) (A) o dalla barra Studio di progettazione (B):

Per lavorare vicino al modello:

Fare clic sull'entità del modello (superficie o parte).
Fare clic sul pulsante Modifica nella barra degli strumenti contestuale.
Specificare le impostazioni nella finestra di dialogo di modifica rapida Condizioni al contorno.

In alternativa, fare clic con il pulsante destro sull'entità del modello o sul ramo della barra Studio di progettazione, quindi fare clic su Modifica...

Per lavorare lontano dal modello:

Fare clic sull'entità del modello (superficie o parte) per selezionarla.
Fare clic su Modifica nel gruppo contestuale Condizioni al contorno:
Specificare le impostazioni nella finestra di dialogo di modifica rapida Condizioni al contorno.

Per assegnare la condizione al contorno nella finestra di dialogo di modifica rapida:

Impostare il Tipo di condizione.
Impostare le Unità (se applicabile).
Impostare la variazione temporale(Stazionaria o Transitoria).
Applicare impostazioni specifiche della condizione quali Normale o Componente per Velocità oppure Statico o Indicatore per Pressione. Modificare la direzione del flusso per velocità, portata volume o portata massa.
Specificare il valore.
Fare clic su Applica.

Per definire e applicare una condizione al contorno

In alternativa è possibile creare una condizione al contorno prima dell'applicazione sul modello.

Fare clic su Modifica nel gruppo contestuale Condizioni al contorno. In alternativa, fare clic con il pulsante destro sulla diramazione Condizioni al contorno della barra Studio di progettazione, quindi fare clic su Nuova CC....
Definire la condizione al contorno nella finestra di dialogo di modifica rapida Condizioni al contorno e fare clic su Applica.
Trascinare l'impostazione non assegnata dalla barra Studio di progettazione all'entità del modello:

Nota: Per assegnare un'impostazione attualmente assegnata ad un altro oggetto, trascinarla dalla barra Studio di progettazione all'entità del modello.

Per rimuovere una condizione al contorno

Metodi per rimuovere una condizione al contorno da un'entità specifica:

Fare clic su un'entità, quindi sull'icona Rimuovi nella barra degli strumenti contestuale. In questo modo è possibile rimuovere le condizioni nell'ordine in cui sono state applicate.
Espandere la derivazione Condizione al contorno nella barra Studio di progettazione, fare clic con il pulsante destro del mouse su una determinata condizione e quindi su Rimuovi.
Selezionare l'entità, quindi fare clic su Modifica nel gruppo contestuale Condizioni al contorno. Nella finestra di dialogo di modifica rapida, impostare il tipo della condizione da eliminare, quindi fare clic su Rimuovi.

Per rimuovere una condizione al contorno da diverse entità:

Espandere la derivazione Condizione al contorno nella Barra Studio di progettazione.
Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla condizione da rimuovere.
Fare clic su Rimuovi.

Come eliminare tutte le condizioni al contorno:

Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla diramazione Condizione al contorno della barra Studio di progettazione.
Fare clic su Rimuovi tutto.

Condizioni al contorno del flusso

Le condizioni al contorno del flusso rispondono a queste domande:

È presente un flusso?
Cosa determina il flusso?
In quali punti il flusso entra ed esce dal modello?
Qual è il suo valore?

Il flusso può essere controllato in diversi modi:

portata specificata
velocità
pressione
ventola o pompa interna
spinta idrostatica dovuta a convezione naturale

Condizioni al contorno del flusso vengono applicate a superfici esterne e in genere includono:

Entrata	Uscita
Portata	Pstatic = 0
P statico = 0	Portata
Pstatic > 0	Pstatic = 0
Ventola esterna (spinta)	Pstatic = 0
Pstatic = 0	Ventola esterna (tiraggio)
Pstatic = 0 (ventola interna)	Pstatic = 0

Le condizioni al contorno del flusso utilizzate più di frequente...

Velocità	La velocità viene in genere utilizzata come una condizione al contorno di entrata. Specificare come perpendicolare alla superficie selezionata o in componenti cartesiani. Una velocità può essere applicata a un'uscita, se la direzione è definita come in uscita dal modello. Per definire un profilo di flusso completamente sviluppato per una condizione di velocità, selezionare Completamente sviluppato.
Portata volume	Si applica a entrate piane (e a volte uscite). Questo è particolarmente utile se la densità è costante. Per definire un profilo di flusso completamente sviluppato per una condizione di portata volume, selezionare Completamente sviluppato.
Portata massa	In genere applicata a entrate (solo piane). Una portata massa può essere applicata a un'uscita, se la direzione del flusso è verso l'esterno del modello.
Pressione	La condizione al contorno della pressione è in genere utilizzata come condizione di uscita. La condizione di uscita consigliata (e più conveniente) è una pressione relativa, statica con un valore pari a 0. Non sono necessarie altre condizioni in corrispondenza di un'uscita. Se la caduta di pressione all'interno di un dispositivo è nota, specificare la caduta di pressione in corrispondenza dell'ingresso (come una pressione relativa statica) e un valore di pressione relativa statica pari a 0 in corrispondenza dell'uscita.
Scorrimento/Simmetria	La condizione di scorrimento determina il flusso del fluido lungo una parete anziché l'arresto in corrispondenza della parete, come in genere accade. Il flusso del fluido attraverso la parete è tuttavia impedito. Le pareti di scorrimento sono utili per definire piani di simmetria. La superficie di simmetria non deve essere parallela a un asse delle coordinate.

Ulteriori condizioni al contorno del flusso sono disponibili in Autodesk Simulation CFD. Le condizioni elencate in precedenza sono quelle utilizzate più comunemente. Fare clic qui per visualizzare le descrizioni di tutte le condizioni al contorno del flusso in Autodesk Simulation CFD...

Condizioni al contorno del trasferimento termico

Il calore può derivare da una temperatura nota, un carico termico (ad esempio un chip elettronico), irraggiamento o resistenza alla corrente elettrica. Le condizioni al contorno del calore rispondono alle seguenti domande:

Nel progetto è presente calore?
Dove?
Che valore ha?
Qual è il punto di uscita del calore nel progetto?
Qual è la temperatura ambiente di riferimento?

Nota: Per consentire a Autodesk Simulation CFD di risolvere il trasferimento termico è necessario specificare una temperatura nel modello. Questa può essere una condizione al contorno della temperatura o del coefficiente di film.

Le condizioni al contorno del trasferimento termico utilizzate più di frequente...

Temperatura	Una condizione al contorno della temperatura deve essere specificata in corrispondenza di tutte le entrate durante l'esecuzione del trasferimento termico. Un condizione temperatura statica è consigliata per la maggior parte delle analisi del trasferimento termico. Utilizzare la temperatura totale come temperatura di ingresso per l'analisi del trasferimento termico compressibile.
Flusso di calore totale	Il flusso di calore totale è una condizione della superficie che forza il calore direttamente sulla superficie applicata. Applicare la condizione flusso di calore totale direttamente. (Non dividere in base all'area della superficie.) Questo è particolarmente utile perché non è necessario ricalcolare il valore se l'area della superficie applicata viene modificata. Il flusso termico totale deve essere applicato solo alle superfici delle pareti esterne.
Coefficiente di film	Noto anche come condizione di convezione, viene spesso utilizzato per simulare un effetto di raffreddamento. Assegnare i coefficienti di film a superfici esterne per simulare l'effetto dell'ambiente esterno al dispositivo. Applicare solo a superfici esterne.
Radiazione	La condizione al contorno della radiazione simula il trasferimento termico radiativo tra le superfici selezionate e un'origine esterna al modello. Si tratta di un "coefficiente di film di radiazione” in quanto espone una superficie a un carico termico specifico utilizzando una temperatura di origine e una condizione di superficie.
Generazione di calore totale	La condizione Generazione di calore totale è un carico termico non suddiviso in base al volume della parte. Questa è la condizione consigliata per la maggior parte delle applicazioni di carico termico poiché il valore non deve essere modificato se il volume della parte cambia.

In Autodesk Simulation CFD sono disponibili ulteriori condizioni al contorno del trasferimento termico. Le condizioni elencate in precedenza sono quelle utilizzate più comunemente. Fare clic qui per visualizzare le descrizioni di tutte le condizioni al contorno del trasferimento termico in Autodesk Simulation CFD...

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