Нестационарная теплопроводность в стержнях из разных материалов

В уроке «Нестационарная теплопроводность в стальном стержне» мы рассмотрели построение модели стержня и получения графиков изменения температуры его сегментов.

В рамках данного урока мы рассмотрим сравнение двух моделей стержней, выполненных из разных материалов.

Важно

Для выполнения данного урока вам необходимо пройти урок «Нестационарная теплопроводность в стальном стержне».

Дополнительные данные для построения модели второго стержня:

• Материал – Сталь 08;

• Плотность - 7858 [кг/м3];

• Масса стержня – 0.02469 [кг];

• Теплопроводность – 85 [Вт/(м∙℃)];

• Удельная теплоемкость – 462 [Дж/(кг∙℃)].

1.  Создание и настройка проекта

Создадим новый проект и присвоим ему название, например, Нестационарная теплопроводность в стержнях из разных материалов.

Настройки проекта и его начальная схема полностью соответствуют уроку «Нестационарная теплопроводность в стальном стержне».

После создания схемы, аналогичной предыдущему уроку, и настройки проекта, переходим к доработке схемы.

2.  Создание разветвления для источника температуры

Для создания разветвления сигнала от источника температуры, воспользуемся блоком Узел (Теплообмен), добавим его на рабочую область и установим у свойства Количество входных портов значение 1, рис. 1:

Рис. 1 Настройка блока Узел (Теплообмен)

Затем необходимо подключить его к нашей схеме. Для этого нужно удалить связь между блоками №1 и №7, нажав на эту линию левой кнопкой мыши и далее нажать на кнопку Del. Далее подключим блок Узел (Теплообмен), как показано на рис. 2:

Рис. 2 Добавление блока Узел (Теплообмен) в схему

3.  Добавление стержня из материала «Сталь 08»

Для добавления стержня из другого материала скопируем группу блоков из предыдущего урока и вставим ее ниже.

Для этого необходимо выбрать группу блоков №3 - 10 с их связями, зажав кнопку Ctrl, выбирая ЛКМ необходимые блоки и связи. После этого нужно нажать сочетаняи клавиш Ctrl+CиCtrl+V и поключить блоки, как показано на рис. 3:

Рис. 3 Подключение скопированной группы блоков

Для изменения материала стрежня необходимо изменить свойства теплопроводности и удельной теплоемкости в соответствующих блоках.

Для всех четырёх блоков второго стержня (блоки, которые были получены путём копирования блоков первого (верхнего) стержня) Теплопроводность необходимо изменить следующие значения свойств (см. рис. 4 ниже):

1. Тип теплопроводности - Постоянная;

2. Теплопроводность - 85 [Вт/(м∙℃)].

Рис. 4 Свойства блоков Теплопроводность второго стержня

Также для всех четырёх блоков второго стержня Тепловая масса нужно изменить следующие значения свойств (см. рис. 5 ниже):

1. Тип удельной теплоёмкости - Постоянная;

2. Удельная теплоемкость - 462 [Дж/(кг∙℃)];

3. Масса - 0.0061725 [кг].

Рис. 5 Свойства блоков Тепловая масса второго стержня

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

4.  Вывод результатов расчета

Добавим график (см. рис. 6 ниже) на который выведем температуру четвёртого сегмента для обоих стрежней:

1. Нажмём на кнопку Визуализация, расположенную на нижней панели слева;

2. Затем нажмём на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу, для добавления графика;

3. В окне графика необходимо нажать на панель Параметры блока, ось Yи выбрать там два блока Тепловая масса (блоки №6 И №15, соответсвующие четвёртым сегментам, каждого из стержней).

Рис. 6 Добавление графика

Тепловая модель готова к выполнению расчета.

Сохраните проект и переходите к шагу запуска модели на расчёт.

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

В результате моделирования мы получаем график изменения температур сегментов, а также тепловые потоки для блоков теплопроводности, рис. 7:

Рис. 7 График изменений температур стержней

Изменение температуры сегмента для стержня из 08Х18Н10Т происходит медленнее, чем для стали 08, что в большей степени обусловлено более низким коэффициентом теплопроводности.

7.  Выводы

В результате выполнения данного урока вы получили навыки разработки сравнительных моделей теплообмена для анализа процессов в деталях из разных материалов.