Программы для моделирования теплопередачи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

  «Уфимский  государственный нефтяной технический  университет» 

Филиал в г. Октябрьском

Кафедра механики и технологии машиностроения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Термодинамика и теплопередача»

на тему: ”Программы  для моделирования теплопередачи”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студенты гр. БГР 15-11		И.Е Сильантьев С.С Горбачев
Д-р техн. наук, проф. кафедры МТМ		О.В Филимонов

 

 

 

 

г. Октябрьский

2017

 

Содержание

Введение

1.Программы для моделирования  теплопередачи и их свойства               3                

2.Расчет теплопередачи при помощи моделирования                                 5

3.Вывод                                                                                                             8

4.Список используемых источников                                                              9 
Введение

 

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему, что является следствием второго закона термодинамики.

Всего существует три простых (элементарных) механизма передачи тепла:

-Теплопроводность

-Конвекция

-Тепловое излучение

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

-теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);

-теплопередача (теплообмен от горячей среды [жидкость, газ или твердое тело] к холодной через разделяющую их стенку);

-конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);

-термомагнитная конвекция.

 

 

1.ПРОГРАММЫ  ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Программа Flow2D предназначена для расчета двумерных конвективных течений несжимаемой вязкой жидкости и стационарной теплопередачи на IBM совместимых персональных компьютерах с операционной средой MS Windows XP. Разработка расчетного алгоритма, проектирование интерфейса программы и создание исполняемых модулей и отладка программы проведены в программной среде компилятора Visual Basic 5.0.

Программа может использоваться при проектировании ограждающих конструкций зданий и разработке новых конструктивных решений для получения и анализа распределений температуры, коэффициентов теплоотдачи и скоростей потока в сопряженной задаче теплообмена при наличии лучистой теплопередачи, а также в учебных целях при изучении процессов тепломассообмена.

Расчет температурных полей и характеристик течений в программе Flow2D основан на неявном конечно-разностном методе. Для расчета характеристик турбулентных течений используется низкорейнольдсовая (low-Reynolds-number) турбулентная k-ε модель. Радиационная модель S2S (surface-to-surface) программы рассчитывает теплообмен между поверхностями как лучистый диффузный теплообмен между сегментами поверхностей серых тел в прозрачной среде (газа/жидкости). Программа допускает моделирование и расчет многозонных конвективных задач. Графический интерфейс программы позволяет задавать геометрию поперечного сечения анализируемой конструкции в виде комбинации прямоугольников различного размера с последующим заданием свойств материала прямоугольника и граничных условий на фрагментах границы модели конструкции. Программа имеет инструмент корректировки геометрии конвективных зон, позволяющий отображать непрямоугольную геометрию зоны в рамках используемого конечно-разностного метода.

Результаты расчета представляются в программе в виде полей изотерм, векторов скорости потока и турбулентных характеристик, а также графиков распределения температуры, турбулентной кинетической энергии и компоненты скорости вдоль выбранного направления или числа Нуссельта на границах зоны жидкой среды. Выбранные пользователем данные расчета могут быть записаны в текстовый файл для использования в других программах. Исходные данные модели и результаты расчета сохраняются в файле в форме отчета.

Моделирование теплопередачи в ELCUT учитывает только теплопроводность. Другие механизмы – конвекция и радиация – могут быть учтены в виде граничных условий, описывающих взаимодействие конечно-элементной модели с внешней средой и объектами.

ELCUT позволяет  моделировать стационарные и  нестационарные тепловые процессы. Более того, моделирование теплопередачи  в ELCUT может быть частью более  сложного анализа со связанными  задачами, где тепловые эффекты  являются результатом электромагнитных  процессов приводящих к выделению  тепла.

 

 

 

 

2.РАСЧЕТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ ПОМОЩИ  МОДЕЛИРОВАНИЯ

При расчете конвективных задач следует использовать минимальный размер ячейки, равный 0.0016 м, и дополнительный сеточный объект – пограничный слой, который должен быть присоединен к соответствующей границе жидкости. Значения параметров пограничного слоя, принятых в программе по умолчанию.

Построение сеточной модели, адекватной физике моделируемых процессов, является важнейшим фактором получения корректных результатов. Для коррекции сеточной модели в программе Flow2D имеется редактор сетки, вызываемый из раздела меню «Правка сетки», интерфейс Редактор сетки имеет собственное меню, из которого надо выбрать одно из действий: удаление или добавление сеточных линий.

Примечание. Повторная генерация сетки после сделанных изменений стирает эти изменения.

Этап выбора модели расчета.

Через раздел меню «Расчетная модель» необходимо выбрать либо кондуктивную, либо конвективную модель расчета. Во втором случае следует выбрать режим конвекции: ламинарный или турбулентный. При выборе конвективного расчета в этом же разделе меню возможно задание расчета радиационного теплообмена в конвективных зонах. Для конвективного расчета следует задать на панели параметров расчета характерные размеры для каждой конвективной зоны. При необходимости задаются требуемые значения компонентов вектора гравитационного ускорения (по умолчанию вектор направлен вертикально вниз и вертикальная проекция равна 9.81 м/с2).

Этап расчета модели.

Командная кнопка 6 запускает алгоритм расчета модели. Для кондуктивной модели на этом подготовка и расчет модели заканчиваются. При расчете конвективной модели программа предлагает ввести параметры итерационного процесса (шаг по времени и число итераций) на панели управления итерационным процессом

 

 

Просмотр результатов

Значения рассчитанных тепловых потоков через всю конструкцию и через отмеченный фрагмент границы модели могут быть просмотрены либо в разделе меню Тепловые потоки либо в разделе Отчет. Программа также отмечает длину всей границы и его фрагмента и размеры соответствующих проекций на оси координат

 

 

 

 

 

 

3.ВЫВОД

В современном мире все чаще используются программы для упрощения и ускорения расчетов , одними из таких являются программы для расчета теплопередачи. Они значительно улучшают производительность в различных сферах где требуется расчет теплопередачи , а также проводить эксперементальные  расчеты для изучения оптимальных условий работы приборов или машин.

 

4.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

https://www.comsol.ru/heat-transfer-module?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_term=%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B8&utm_campaign=search&utm_content=premium.1&yclid=5884704202208840709