Eine thermische Analyse wird zum Berechnen der Leitung von Wärmeenergie über die Geometrie verwendet.

Wärmeübertragungsmethode der thermischen Analyse

Die Wärmeübertragung kann mathematisch wie folgt definiert werden:

Wobei

• Q = Wärmeströmung
• k = thermische Leitfähigkeit, die als konstante Materialeigenschaft eingegeben wird
• A = Querschnittsfläche (von der Software berechnet)
• = Temperaturänderung in der Richtung lotrecht zur Fläche

Wärmeleitung ist die Grundlage für die Berechnung in einem Modell. Die Vorteile einer thermischen Analyse liegen darin, dass korrekt definiert werden kann, wie sich nicht modellierte Umstände auf eine Konstruktion auswirken. Die externen und einige interne Einflüsse werden als Lasten definiert.

Thermische Lasten können andere Typen von Wärmeübertragung darstellen

Konvektion ist die Übertragung von Wärmeenergie zwischen einem Fluid und einem Volumenkörper (normalerweise die umgebende Luft). Konvektion wird mathematisch wie folgt definiert:

Wobei

• Q = Wärmeströmung
• h = konvektiver Wärmeübertragungskoeffizient (manuell eingegeben und als konstant angenommen)
• A = Oberflächenbereich der ausgewählten Fläche (von der Software berechnet)
• Ts = Oberflächentemperatur der ausgewählten Fläche (von der Software berechnet)
• T = Temperatur des Umgebungsfluids (manuell eingegeben und als konstant angenommen)

Um die Konvektion in die Umgebung um ein Modell korrekt zu berücksichtigen, ist der Koeffizient für die konvektive Wärmeübertragung äußerst wichtig. Viele Faktoren können den Koeffizienten beeinflussen: von der Geschwindigkeit des umgebenden Fluids bis hin zur Art des umgebenden Fluids. Bei Computern werden häufig Ventilatoren für die Kühlung verwendet. Durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Fluids erhöht sich der h-Wert. Ein höherer h-Wert wiederum senkt die Temperatur. Die physikalischen Eigenschaften des Fluids führen ebenfalls zu einer Änderung des Koeffizienten. Um denselben Referenzrahmen beizubehalten, wird bei einigen Computern eine Flüssigkeitskühlung anstelle von Luftkühlung verwendet. Die h-Werte einer Flüssigkeit sind meist effizienter (höher) als bei Gas.

Ein standardmäßiger natürlicher Konvektionskoeffizient für Luft liegt im Bereich von 5-25 W/m^2*K. Viele Beispiele für verschiedene Fluide oder Bedingungen sind online verfügbar.

Strahlung ist die Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Modell und der Umgebung. Strahlung wird mathematisch wie folgt definiert:

Wobei

• Q = Wärmeströmung
• = Stefan-Boltzmann-Konstante
• = Emissionsvermögen der ausgewählten Fläche (manuell eingegeben)
• A = Oberflächenbereich der ausgewählten Fläche (von der Software berechnet)
• = Oberflächentemperatur der ausgewählten Fläche in der vierten Potenz (von der Software berechnet)
• = Umgebungstemperatur in der vierten Potenz (T wird manuell eingegeben, und die Software berechnet die vierte Potenz)

Bei Verwendung von Strahlung wird ein Ansichtsfaktor gleich 1 angenommen.

Strahlungslasten beziehen sich nur auf die Energie, die mit der Umgebung ausgetauscht wird. Die Strahlung über das Modell (Bauteil zu Bauteil oder Fläche zu Fläche) wird nicht berücksichtigt. Die Strahlung kann in Situationen mit hohen Temperaturschwankungen oder geringen Durchflussraten zur dominierenden Form der Wärmeübertragung werden. Beachten Sie, dass in der Strahlungsgleichung die Temperaturwerte in der vierten Potenz angegeben sind. Mit steigender Temperatur kann die Strahlung schnell zur dominierenden Form der Wärmeübertragung werden. Wie bereits erwähnt, verfügen niedrige Geschwindigkeiten, z. B. bei der natürlichen Konvektion, über niedrige konvektive Wärmeübertragungskoeffizienten. In diesen Szenarien kann die Strahlung zu einer dominierenden Form der Wärmeübertragung werden.

Wärmequellen

Es gibt drei weitere Lasten, die in einer Analyse Wärme zuführen oder ableiten können. Bei diesen Lasten werden die spezifischen Energiemengen verwendet. Die Energie wird nicht mithilfe von physikalischen Formeln berechnet.

Interne Wärme -

• Ermöglicht, dass eine bestimmte Energiemenge einem Körper zugeführt oder aus dem Körper abgeleitet wird.

Wärmequelle -

• Ermöglicht, dass eine bestimmte Energiemenge eine Oberfläche passiert.

Angewendete Temperatur -

• Fixiert eine Oberfläche oder einen Körper bei einer angegebenen Temperatur. Zur Beibehaltung der angegebenen Temperatur kann eine unbegrenzte Energiemenge erzeugt oder abgeleitet werden.