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Hallo Zusammen,

ich versuche mich gerade in Ansys einzuarbeiten. Mein Ziel ist es eine thermisch transiente Temperatursimulation für eine mehrschichtigen Wand (z.B. Holz-Dämmung-Beton) in der Workbench durchzuführen. Als Eingabe liegt mir eine Wärmestromdichte in W/m² und eine Außen- sowie Innentemperatur vor.

Wenn ich nun für die Außenseite einen Übergangskoeffizient von 5 W/m²K und eine Umgebungstemperatur von 27°C sowie für die Innenseite einen Übergangskoeffizient von 5 W/m²K und eine Umgebungstemperatur von 20°C festlege und zusätzlich noch auf die Außenseite eine Wärmestromdichte von 500 W/m² aufbringe erhalte ich gerade mal eine Temperaturerhöhung von 0,15 °C.

Was mach ich hier falsch? Wie muss ich die Randbedingungen für die Flächen wählen, damit ich zu realistischen Ergebnissen komme?

Ich würde mich sehr über hilfreiche Beiträge freuen!

John

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hi,
aus Mein Ziel ist es eine thermisch transiente Temperatursimulation

würde ich mal schätzen du lässt dir nicht genug ZEIT

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Maschinenbau- / Berechnungsingenieur (M.Eng) mit >10 Jahren Berufserfahrung sucht Gelegenheit für berufliche Veränderung in Berlin.
Projekterfahrung in der Anwendung von Ansys (APDL und Workbench) im Bereich Strukturmechanik / Dynamik (Nichtlinearitäten, Kontakt, Festigkeit u.d.g.). Gern auch im Rahmen administrativer Tätigkeiten.

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Derzeit mach ich ja noch keine transiente Simulation, sondern arbeite mich durch einfache Temperatursimulationen an das Thema heran. Würde mich über Hilfe bzw. Tipps freuen, wie man an so ein Problem rangeht bzw. welche Schritte hier zu beachten sind.

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Hallo johnb

Schwierig zu sagen was nicht richtig ist, ich hätte auch auf falsche Zeiteinstellungen getippt. Das Vorgehen stimmt:
1) Statische thermische Analyse erstellen
2) Wand zeichnen
3) Werkstoffeigenschaften definieren
4) Randbedingungen definieren
5) Netz erstellen
6) Simulation starten

Prüfe bitte nochmals alle Einheiten und Randbedingungen.

Gruss,
roncaratil

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hi,
na dann müssen wir nochmal was deutlich machen.

Ein Wärmeübergangskoeffizient definiert wie viel Wärme (Q) pro Fläche (=> q) und ZEIT (=> q pkt) aus deine Wand abfließt.

Deine Wärmestromdichte definiert wieviel Wärme pro Fläche und ZEIT in deine Wand reingeht.

Wenn auf diese Weise mehr Wärme pro ZEIT in deine Wand reinfließ als rausfließ. dann wird sie mit der ZEIT wärmer.

> deine Rechnung funktioniert nur als transiente, also mit der ZEIT

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Hi Johnb,

Rechne doch erst mal ein Beispiel mit deutlichen Temperaturunterschieden (z.B. 300°C aussen und 20°C innen). 20°C zu 27°C ist jetzt auch kein wirklicher Unterschied und mit einem sehr niedrigen Wärmeübergangskoeffizient von 5 W/m²K ist eine Erhöhung der Oberflächentemperatur innen von nur 0.15°C durchaus möglich, zumal das Holz ja auch dämmt.
Für einen ersten Schritt würde ich den Wärmestrom weglassen und erst mal statisch rechnen.

Zusätzlich aber noch mal alle Einheiten prüfen. Hier werden gerne mal Fehler gemacht.

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Gruß, A.

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Hallo

@solve1: Korrigiere mich bitte wenn ich das falsch verstanden habe aber ... nein, das stimmt so nicht.

Zitat:

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Ein Wärmeübergangskoeffizient definiert wie viel Wärme (Q) pro Fläche [...] und ZEIT [...] aus deine Wand abfließt

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Aus Wikipedia: "Der Wärmeübergangskoeffizient [...] ist ein Proportionalitätsfaktor, der die Intensität des Wärmeübergangs an einer Grenzfläche bestimmt". Einheit: Leistung pro Fläche und Grad, Zeitunabhängig.

Zitat:

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deine Rechnung funktioniert nur als transiente, also mit der ZEIT

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Nein, die Rechnung macht durchaus Sinn auch wenn sie nicht transient durchgeführt wird. Bei einer stationären Analyse kommt aber die Wärmekapazität nicht ins Spiel, welche hier auch nicht erwähnt wird. Wie johnb gesagt hat, macht er zuerst eine stationäre Analyse, was sinnvoll ist.

Gruss,
roncaratil

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Vielen Dank schon mal für die Beiträge. Ich werde versuchen die Tipps umzusetzen. Vielleicht kann ich dann auch mal Bilder posten.

Den Punkt mit der stationären Berechnung kann ich auch nicht ganz nachvollziehen. Der wesentliche Unterschied zwischen transient und stationär sollte doch darin liegen, dass die Wärmespeicherung der Materialien aus vorhergehenden Schritten bei der stationären Berechnung unberücksichtigt bleiben sollte. Oder verstehe ich da etwas falsch?

[Diese Nachricht wurde von johnb am 06. Dez. 2016 editiert.]

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Also gleichzeitig Vorgabe von Konvektion und Wärmestromdichte?
Gibt es denn dafür einen physikalischen Hintergrund?
Bitte den bisherigen Empfehlungen folgen und zunächst nur Konvektion innen und außen vorgeben.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Ansys1.PNG Ansys2.PNG Ansys3.PNG

Hallo Herr Schätzing

über die Wärmestromdichte sollen kurzwellige Strahlungen, und über die Konvektion Außen- und Innentemperaturen erfasst werden. Ob es zu guten Ergebnissen führt weiß ich bisher leider noch nicht.

Ich habe nun mal eine weitere vereinfachte Berechnung mit nur einer Schicht durchgeführt. Da ich die Zeitintegration ausgeschaltet habe und mehr Steps eingefügt habe, konnte ich es schaffen höhere Temperaturen zu erreichen. Was macht die Zeitintegration genau?

Ich habe mal einige Bilder angehängt. Würde mich freuen, wenn hier die Spezialisten meine Randbedingungen und Einstellungen überprüfen könnten (-: !

Viele Grüße

johnb

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Ansys4.PNG Ansys5.PNG

Hier noch die weiteren Bilder...

Vielen Dank schon mal für eure Hilfe!

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Hallo johnb

Die Bilder, welche du eingefügt hast, zeigen eine transiente und nicht eine stationäre Analyse. Und so wird auch klar, wieso du deiner Meinung nach falsche Resultate erhältst: Du hast falsche Zeiteinstellungen (wie solve1 ganz am Anfang vorgeschlagen hat).

Also: Entscheide bitte zuerst, ob du eine transiente oder eine stationäre Analyse durchführen möchtest. Wenn du eine transiente Analyse durchführen möchtest, dann lese bitte in der Literatur nach, was die einzelnen Zeiteinstellungen genau machen. Ich empfehle aber zuerst eine stationäre Analyse.

Gruss,
roncaratil

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Das Problem ist das bei einem Aufheizvorgang der hier abgebildet werden soll nur eine transiente Simulation Sinn macht. Hab gehofft, dass sich hier jemand damit auskennt.

Welche Literatur wäre empfehlenswert, die transient thermische Simulationen und die zugehörigen Zeiteinstellung erläutert?

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Hallo johnb

Zitat:

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johnb: Derzeit mach ich ja noch keine transiente Simulation

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Das heisst für mich, dass du keine transiente Simulation machst. Aber OK, jetzt ist das klar.

Literatur (Bücher, Google, YouTube, ...):
- Praxisbuch FEM mit ANSYS Workbench von Christof Gebhardt (habe gerade das Buch nicht dabei, darin sollte das aber erklärt sein)
- https://www.youtube.com/watch?v=0-YKqOC_0tU
- https://www.youtube.com/watch?v=fd0xQQ1IGvw
- https://www.youtube.com/watch?v=k7pEhiOJL2I
- ...

Gruss,
roncaratil

[Diese Nachricht wurde von roncaratil am 07. Dez. 2016 editiert.]

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temp_settings.PNG temp.PNG

hi,
hast du denn mal versucht die Gesamtzeit (wie lange wirken die Lasten auf die Wand) deiner Analyse zu erhöhen ?
In ein paar Sekunden (wie auf deinen Bildern zu sehen) wird da sicher nix passieren.

Versuch doch mal die Gesammtzeit auf ein paar stunden / Minuten zu erhöhen.

Siehe Anhang. Die Wand ist 1m x 1m x 7,5cm und aus Beton. Und heißt sich mit deinen RB innerhalb von 2,7 Stunden von 22°C auf 60°C (aussen) bzw. 38°C (innen) auf.

-> Lass dir, oder deiner Wand, einfach mehr Zeit.

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ach so,
da war ja noch was  , zu Einheit: Leistung pro Fläche und Grad, Zeitunabhängig.

(siehe Wikipedia)
Das Watt ist die im internationalen Einheitensystem für die Leistung (Energieumsatz pro Zeitspanne) verwendete Maßeinheit.

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Ja mittlerweile hab ich das Ganze auch schon gelöst.
Die Lösung war meine Zeitspanne, die über 6 Stunden ging, eben auch in 3600s - Schritten (3600-7200-10800...) nach oben aufzubauen. Jetzt bekomme ich die Ergebnisse die ich wollte.

Trotzdem vielen Dank nochmal für die Hilfe!

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Für eine Lösung nach sehr langer Zeit wäre doch wohl eine stationäre Lösung besser gewesen.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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