Blog

Téma naší kanceláře pro tento týden: Kdy pro teplotní analýzu použít FEA a kdy CFD? / Topic of this week in our office: When to use FEA for thermal analysis and when to use CFD?

 

 

Jak asi mnozí ví, nejenom že Siemens software a hardware prodáváme…používáme ho také denně u nás v kanceláři. A jak také mnozí ví, mezi FE výpočtáři a CFD výpočtáři existuje odjakživa zdravá rivalita. Zavřete-li tedy tyto dvě skupiny do jedné místnosti, čekají vás velmi často velké diskuze o simulacích. Tento týden hlavním tématem v Techsimu byly teplotní analýzy a jakou metodou je řešit…a to také posloužilo ke vniku tohoto příspěvku.
 

Přestup tepla a jak ho simulovat je častým inženýrským problémem. V minulosti se analýzy prováděli kvůli své náročnosti převážně v FE, ale toto řešení nemusí být vždycky nejlepším řešením.

Nejprve něco málo o přestupu tepla. Teplo může být přenášeno třemi hlavními principy: KONDUKCÍ (pevné látky), KONVEKCÍ (tekutiny) a RADIACÍ. Pro to jakou numerickou metodu zvolit pro řešení analýzy je základem správné porozumnění problematiky, kterou právě řeším.

 FEA teplotní analýzy

Teplotní analýzy v FE umožní:

• Zadat koeficienty přestupu tepla (konvekci)

• Definovat teplotní odpor na rozhraních pevných těles

• Definovat radiaci (teplotou okolí, emisivitou, faktor záření)

Čím si však u teplotní FE analýzy musíte být jistí, je predikovatelnost konvekce a její správný popis. Co to v praxi znamená? Pokud je vliv tekutiny (kapaliny nebo plynu), může se stát, že vaše okrajové podmínky a koeficienty přestupu tepla jsou nesprávné a měli byste přejít k CFD. Další důležitou věcí je radiace. Ve FEA musí být radiace definována přesnými hodnotami emisivity a okolních podmínek. To v praxi často vede k časově náročnému zadávání a celkovému snížení efektivity tohoto procesu. Pokud tedy není vliv radiace zanedbatelný, opět je vhodné přejít k CFD, které je pro tyto případy robustnější metodou.

CFD teplotní analýzy

V CFD analýzách je snadné zadat všechna nezbytná data a predikovat všechny tři typy přenosu tepla. Znamená to že pokud je váš model komplexní a je nezbytné zahrnout jak kondukci, tak konvekci, tak radiaci, správnou volbou bývá nejčastěji CFD.
Proč tedy vůbec používat pro teplotní analýzy FEA? Odpověď je jednoduchá: Pokud umíte predikovat nucenou konvekci a radiace je zanedbatelná,  FEA vás k výsledku dovede rychleji.




Náš malý office boj skončil tedy remízou (také z důvodu, že Simcenter 3D i STAR-CCM+ mohou oba počítat jak FEA, tak CFD) Závěr? Jedeme dál ve stejném režimu, kluci z CFD dávají přednost STAR-CCM+ a kluci z FEA zase preferují Simcenter 3D :D


Co Vás ve škole o přestupu tepla neučili?


_______________________________________________________________________________