Im nun folgenden Beispiel wird eine transiente Temperaturfeldberechnung durchgeführt und auch mit einer stationären Rechnung verglichen. Dabei soll der Aufheizvorgang einer ebenen Wand durch Sonneneinstrahlung abstrahiert werden.
Dabei wird neben dem Vergleich zur stationären Lösung auch auf die zwei verschiedenen Konzepte hinsichtlich der Vorgabe der Startbedingungen der Temperatur eingegangen.
Um Rechenzeit zu sparen soll das Modell in 2D abstrahiert werden.
Quicklinks: Aufgabenstellung | Lösung a | Lösung b | Lösung c
<aside> 💡 Die folgenden Tutorials wurde im Einheitensystem Metric (kg,m,s,°C,A,N,V) ****erstellt
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<aside> ❓ Fügen Sie eine "Transient Thermal" Analyse in ANSYS Workbench 2019 R2 hinzu und erstellen Sie unter Berücksichtigung der gegebenen Geometrien, Materialien und Randbedingungen ein Finite-Elemente Modell.
Um Rechenzeit zu sparen wird empfohlen die Wand in 2D zu abstrahieren.
Bestimmten Sie den Temperaturverlauf und den Verlauf der Wärmestromdichte über die Wanddicke für die Zeitpunkte 10 min, 30 min, 60 min, 120 min, 240 min für die Fälle a)-c).
Simulieren Sie den Fall a) mit zwei verschiedenen Zeitschrittweiten und stellen sie die Ergebnisse gegenüber.
Ermitteln Sie für den Fall a) und b) auch eine stationäre Lösung. Diskutieren Sie die Ergebnisse.
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<aside> <img src="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/2d79610b-4ca7-4653-b2b7-a8a9a73783fb/a.png" alt="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/2d79610b-4ca7-4653-b2b7-a8a9a73783fb/a.png" width="40px" /> Initialtemperatur: konstant | Randbedingungen: zeitunabhängig
Über Nacht ist die Wand homogen auf 20 °C abgekühlt und wird mit 700 $W/m^2$ aufgeheizt.
Variation:
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<aside> <img src="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/845ccfdd-e68a-473b-8a90-ad9f84d82c5a/b.png" alt="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/845ccfdd-e68a-473b-8a90-ad9f84d82c5a/b.png" width="40px" /> Initialtemperatur: aus stationärem Zustand | Randbedingungen: zeitunabhängig
Über Nacht hat sich für die Wand ein stationärer Zustand zwischen innen (20°C) und außen (12°C) eingestellt. Die Außentemperatur beträgt konstant 12 °C. Die Wand wird mit 700 $W/m^2$ aufgeheizt.
Variation:
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<aside> <img src="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/936c5e79-92bd-4fe5-a757-e4e9f5d399d9/c.png" alt="https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/936c5e79-92bd-4fe5-a757-e4e9f5d399d9/c.png" width="40px" /> Initialtemperatur: aus stationärem Zustand | Randbedingungen: zeitabhängig
Mit dem selben Ausgangszustand wie b) steigt die Wärmelast kontinuierlich alle 30 min um 100 W/m^2 auf den maximalen Wert von 700 $W/m^2$. Im gleichen Intervall steigt die Außentemperatur linear um 1 K.
(nur transient)
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