Теплопроводность в плоской стенке

В данном уроке приведено описание простых шагов по настройке схемы для решения задачи теплообмена.

В рамках урока рассматривается следующая задача:

Температура внутренней и внешней поверхностей оконного стекла толщиной 5 [мм] составляет 15 и 5 [℃] соответственно. Какая теплопотеря через окно размером 1×3 [м]? Теплопроводность стекла составляет 1.4 [Вт/(м∙К)].

1.  Создание и настройка проекта

Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Теплопроводность в плоской стенке.

На следующем шаге нужно настроить Время моделирования, присвоив соответствующему параметру проекта значение 1 [с], рис. 1:

Рис. 1 Настройка времени моделирования

Приступим к выполнению основных шагов по созданию тепловой модели, открыв библиотеку Теплообмен.

2.  Создание источников температуры

В рамках задачи температуры на внутренней и внешней поверхности стекла заданы. Для моделирования данных граничных условий воспользуемся блоком Источник температуры, перенесем его на рабочую область, рис. 2:

Рис. 2 Добавление блока Источник температуры

Данный блок является управляемым источником, т.е. для задания значения температуры на верхний порт блока необходимо подать сигнал.

В рамках задачи, температуры на поверхностях стекла остаются постоянными поэтому воспользуемся блоком Константа, добавим его в рабочую область, присвоим в свойствах значение константы – 15 и соединим блоки между собой, рис. 3:

Рис. 3 Добавление и соединение блока Константа

Важно

Сигнал может быть постоянным (с помощью блока Константа) и переменным (например, Генератор синусоидального сигнала, Постоянно – кусочная функция и т.д.).

Далее нужно добавить на рабочую область аналогичную группу блоков для задания граничного условия на внешней поверхности. Добавить данную группу блоков можно, зажав кнопку Ctrl и кликая по каждому блоку и связи между ними для того, чтобы их выделить. Затем необходимо нажать кнопки Ctrl+C, Ctrl+V для копирования группы блоков и связи между ними, и вставки их на холст. Потом нужно для нового блока Константа присвоить свойству Значение константы - 5, рис. 4:

Рис. 4 Добавление аналогичной группы блоков

Граничные условия для задачи созданы, перейдем к моделированию плоской стенки.

3.  Создание стенки

Для моделирования передачи тепла в плоской стенке воспользуемся блоком Теплопроводность. Перенесите блок на рабочую область и измените значения свойств блока на следующие, в соответствии с условием задачи:

1. Площадь поверхности: 3.0 [м\(^2\)];

2. Толщина стенки: 0.005 [м];

3. Теплопроводность: 1.4 [Вт/(м∙К)].

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

Далее соедините блоки в соответствии с рис. 5 ниже:

Рис. 5 Соединение блоков

4.  Вывод результатов расчета

Для снятия теплового потока через стенку добавим блок Датчик.

В выпадающем списке:

1. Для свойства Блок выбираем Теплопроводность;

2. Для свойства Параметр – Тепловой поток, [Вт].

Сохраняем проект, рис. 6:

Рис. 6 Сохранение проекта

Тепловая модель готова к выполнению расчета.

5.  Запуск расчета

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование»

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

6.  Анализ результатов расчёта

После успешного завершения расчёта в блоке Датчик будет указан тепловой поток на момент завершения модельного времени. Значение теплового потока должно быть равно 8400 [Вт], рис. 7:

Рис. 7 Получение значения теплового потока

7.  Выводы

В результате выполнения данного урока вы получили базовые знания для решения задач теплообмена. Вы научились:

• Создавать граничные условия температуры для моделей теплообмена с помощью блока Источник температуры;

• Определять значения теплового потока в плоской стенке с заданными свойствами и геометрией;

• Снимать значения теплового потока с помощью блока Датчик.