Externe natürliche Konvektion

Ein Gerät, das externer natürlicher Konvektion ausgesetzt ist, wird in Luft oder Flüssigkeit eingetaucht. Es erwärmt sich durch den Energieverbrauch seiner Komponenten und gibt Wärme an die Umgebung ab. Durch die Erwärmung der Luft variiert die Dichte, was zu Strömungsbewegungen führt. Dadurch wird mehr Wärme aus dem Gerät übertragen.

Beispiele für externe natürliche Konvektion sind: ein an der Wand angebrachtes Telekommunikationsgerät, ein auf einer Plattform angebrachtes Elektronikmodul oder eine an der Decke hängende Lichtquelle. Jedes dieser Szenarien erfordert eine leicht unterschiedliche Konfiguration.

Die dargestellten Strategien decken die meisten Situationen für die externe Konvektion von natürlichen Strömungen ab. Variationen basierend auf der Position des Geräts oder Fremdkörpers sind möglich. Allerdings sollten diese Strategien als Anleitung für solche Variationen dienen.

Wenn bei Befolgung dieser Richtlinien Genauigkeitsprobleme auftauchen, werden sie in der Regel durch die unsachgemäße Definition von Materialeigenschaften oder unzureichende Vernetzung verursacht. Darüber hinaus kann eine erhebliche Wärmemenge durch Strahlung übertragen werden. Um die Strahlungsauswirkungen zu berücksichtigen, aktivieren Sie im Dialogfeld "Start" die Option "Strahlung".

Das Gerät hängt in freier Luft oder in einem großen Raum

Anmerkung: Dies wird manchmal auch als "Kaminkonfiguration" bezeichnet.

Anmerkungen zur Modellierung

Erstellen Sie ein Gehäuse um das Gerät. Dies ist die Berechnungsdomäne, in der die Luft um die Außenseite des Geräts strömt. Das Gehäuse sollte breit genug sein, sodass die Strömung nicht künstlich beschleunigt wird. (Wenn die Wände zu nahe am erwärmten Objekt liegen, kann die Strömung wie in einer Düse beschleunigt werden). Die Oberkante des Gehäuses sollte weiter entfernt sein als der Boden, damit Wirbelströme hinter dem Objekt strömen können, wenn die warme Luft aufsteigt. Ein ungefährer Richtwert für die Größe dieses Gehäuses ist: für die Höhe 8-mal die Höhe des Geräts und für die Breite und Tiefe 5-mal die Breite und Tiefe des Geräts.

Erstellen Sie das Modell entweder in der CAD-Anwendung oder mit dem Werkzeug Geometrie externer Volumen.

Randbedingungen

Um oben und unten Öffnungen zu definieren, weisen Sie beiden Flächen Statischer Überdruck = 0 zu.

Untere Fläche (Einlass): Statische Temperatur = Umgebungstemperatur

Wenden Sie die Randbedingung Gesamtwärmeerzeugung auf die Komponenten an, die Wärme abgeben.

Das Gerät steht auf einer Plattform oder einem Tisch

Anmerkung: Dies wird manchmal auch als "Becherkonfiguration" bezeichnet.

Anmerkungen zur Modellierung

Erstellen Sie ein Gehäuse um das Gerät. Dies ist die Berechnungsdomäne, in der die Luft um die Außenseite des Geräts strömt. Ein ungefährer Richtwert für die Größe dieses Gehäuses ist: für die Höhe 10-mal die Höhe des Geräts und für die Breite und Tiefe 5-mal die Breite und Tiefe des Geräts. Diese Methode erzeugt in der Regel eine exakte Strömungs - und Temperaturverteilung in der Nähe des Objekts, wenn die Domäne im Abstand zur Oberkante ausreichend groß ist, selbst wenn tatsächlich Luft nicht nur von oben, sondern auch aus allen anderen Richtungen eintritt.

Erstellen Sie das Modell entweder in der CAD-Anwendung oder mit dem Werkzeug Geometrie externer Volumen.

Randbedingungen

Um eine Öffnung (in der Regel an der oberen Fläche) zu definieren, weisen Sie einen Statischen Überdruck = 0 zu.
Um der Öffnung eine Temperaturbeschränkung zuzuweisen, geben Sie einen Wärmeübergangskoeffizienten = 2 W/m²K und eine Referenztemperatur = Umgebungstemperatur an.
Lassen Sie die untere Fläche ohne Angaben, um eine isolierte Fläche zu simulieren. Die Ausnahme ist, wenn die untere Fläche eine konstante Temperatur hat oder wenn Wärme durch die Fläche zugeführt oder abgeführt wird. Geben Sie eine Temperatur, einen Wärmestrom oder einen Wärmeübergangskoeffizienten an.
Wenden Sie die Randbedingung Gesamtwärmeerzeugung auf die Komponenten an, die Wärme abgeben.