주울 열은 금속을 통해 전기 전류가 전달되면서 생성되는 열입니다. 저항 열이라고도 하는 이 기능은 전기 저항으로 인한 열을 시뮬레이션합니다. 스토브 상단 버너 요소 및 공간 가열기를 예로 들 수 있습니다. 기본적으로 전류, 전압및 재료 저항률을 입력합니다.
주울 열 설정
주울 열 조건을 정의하는 데 전류와 전압, 이렇게 경계 조건 두 개를 사용할 수 있습니다. 하중을 정의하는 일반적인 방법은 전기가 통과하는 솔리드 또는 표면 부품의 한 쪽 끝에 전류를 지정하고 다른 쪽 끝에 전압 0을 지정하는 것입니다.
또는 한 쪽 끝에 0이 아닌 전압을 지정하고 다른 쪽 끝에 전압 0 값을 지정하여 장치에 잠재적(전압) 차이를 적용할 수 있습니다. 이 경우 전류 경계 조건을 생략할 수 있습니다.
저항률 재료 특성은 저항과 단면 영역 곱을 부품 길이로 나눈 값입니다. 저항률 값은 주울 효과로 가열된 모든 솔리드에 필요합니다.
저항률
- r = 저항률(옴-길이 단위)
- R = 저항(옴)
- L = 장치 길이
- A = 단면적
주울 열이 발생하는 솔리드와 표면 부품에 대해서는 저항률에 항상 0이 아닌 값을 지정해야 합니다.
온도 변경 예측
주울 열로 인한 온도 변경을 예측하려면 다음과 같이 알려진 저항률, 적용된 전류 및 객체의 치수를 기준으로 온도 차이를 직접 계산합니다.
- 먼저, 길이 L, 영역 A 및 저항률 r을 사용하여 객체의 저항 R을 계산합니다.
- 그런 다음 전압 V와 저항을 사용하여 전류 I를 계산합니다.
V = I x R
- 소산된 전원 P를 계산합니다.
- 그런 다음 전원, 길이, 면적, 열전도 K를 사용하여 온도 차이를 계산합니다.
지정된 값이 실제로 적절한지 확인하려면 온도 변화를 수동으로 계산하는 것이 좋습니다.
절연재
주울 열 시뮬레이션에서 절연재(비전도성)를 시뮬레이션하려면 모형에서 지정된 가장 작은 저항률보다 1000배 큰 저항률 값을 적용합니다. 기본적으로 그러한 재료는 절연체로 간주되므로 전기 전류에 의한 열의 영향을 받지 않습니다.
이 기본 임계값보다 큰 저항을 시뮬레이션하려면 이 플래그를 사용으로 설정하고 원하는 비율을 지정합니다. 주울 열은 이 값을 초과하지 않는 저항 값을 사용하여 솔리드에서 계산됩니다.
max_electrical_resistance_ratio X
인수 X는 부품을 단열로 고려할 임계값 저항률 비율입니다. 예를 들어 모형에서 지정된 가장 작은 저항보다 저항이 10000배 이상 큰 재료의 주울 열 효과를 계산하려면 이 플래그를 사용으로 설정하고 값 10000을 지정합니다.
모든 열 전달 해석과 마찬가지로, 모형에 어딘가에 온도를 (온도 경계 조건으로 또는 필름 계수 경계 조건의 경우에는 주변 온도로) 지정해야 합니다.
설정 고려 사항
메쉬 솔리드 객체는 단면에 요소 도면층이 적어도 두 개 이상 있는 주울 열에 종속됩니다. 이는 솔리드를 통해 온도 그라데이션을 해결하는 데 필요한 최소 메쉬 밀도입니다.
전류 및 전압 경계 조건을 적용하고, 저항률 재질 특성을 설정하고, 해석 대화상자에서 열 전달을 사용으로 설정하면 Autodesk® CFD가 주울 열을 자동으로 계산합니다. 주울 열을 호출하는 별도의 버튼은 없습니다.
유체의 주울 열 시뮬레이션
Autodesk® CFD의 주울 열은 주로 솔리드 객체의 전기 저항 열을 시뮬레이션하도록 설계되었습니다. 하지만 유체가 전류 경로 역할을 하며 주울 열의 영향을 받는 몇 가지 상황이 있습니다. 유체를 통과하는 전류의 발열 효과를 시뮬레이션하려면:
- 다음 방정식을 사용하여 유체를 통해 전기 전원을 계산합니다.
- 결과 전원을 체적 열 생성으로 유체에 지정합니다.
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