有限要素法のフリーのソフトウエア を試す

CAEで使われるフリーの有限要素法(FEM)ソフトウエアであるCalculixやOpenfoamを使ってみようとチャレンジしてたその足跡を残す。。。ついでに他のフリーソフトや商用ソフトの無償版にも手を出してみる。

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CalculiXで熱伝達の問題を考えてみる その1

今回からはCalculiXを使って熱伝達を含む伝熱解析にチャレンジします。

数年前の話ですが、

A氏「今回は構造の外部の空気も含めて伝熱解析を行いました。」

私「それはわかったけど、空気と構造の間の熱伝達係数はどのように求めたの?」

A氏「・・・問題を簡単にするために省略しました」

私「・・・」

A氏は単に構造の周りの領域も構造のメッシュに連続したある程度の範囲メッシュを切って、空気の熱伝導率を与えて計算しただけでした。

少しは勉強してください。。。。


というわけで、念のため熱伝達について簡単に説明します。

固体と流体(液体でも気体でもいい)が接する場合、その流体側の境界部分では急激な温度変化が生じています。

この部分を温度境界層と呼びます。

なぜ急激に変化するかは、参考書読んでください。。。

この温度境界層の部分をきちんと計算しようとすると、もはや伝熱解析ではなく、流体解析になってしまいます。。。。(しかも結構難しいらしい)

そこでまず定常状態を考え、流体の温度は変わらないとして、

解析上流体の温度と構造の温度は不連続、ということにして解析することを考えます。

heat_transfer01
クリックすると大きくなります

しかし温度不連続の部分の熱のやり取りは、熱伝導では取り扱えません。

しかし、うまい具合にニュートンの冷却の法則というのがありまして、

「固体と流体の温度差があまり大きくないときには、固体表面とこれを接する流体間の熱の出入りは、

その両者の温度差に比例する」 引用 参考書

これを使えば、比例定数と2つの温度差さえわかれば、線形則で熱のやり取りが計算できるので、FEMに取り込めるということになります。

そのときの比例定数(一般的にhであらわします)を熱伝達率といいます。

式で表すと、熱流束(単位面積あたりの熱の移動量)をq、流体温度をθ1,固体温度をθ2として、

q=h(θ1-θ2)

伝熱解析ではこの熱伝達率hを入力データにいれなければなりません。


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テーマ:自然科学 - ジャンル:学問・文化・芸術

  1. 2010/04/26(月) 19:43:59|
  2. Calculix熱応力解析、伝熱解析
  3. | トラックバック:0
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