Heat Transfer Module
Neue App: „Finned Pipe Designer“
Rippenrohre werden in Kühlgeräten, Heizgeräten und Wärmetauschern eingesetzt, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Die Größe und Ausführung eines verwendeten Rippenrohrs hängt von der jeweiligen Anwendung und den Anforderungen ab.
Rippen außen am Rohr vergrößern die Oberfläche des Rohrs, wodurch ein erhöhter Wärmeaustausch ermöglicht wird und das durch das Rohr strömende (oder am Rohr vorbeiströmende) Fluid effizienter gekühlt oder erwärmt wird. Anstatt durch Rippen kann die Wärmetauschfläche auch durch Rillen vergrößert werden, insbesondere im Rohr, wo der verfügbare Platz beschränkt ist.
Mit der „Finned Pipe Designer“ App können Sie vordefinierte Rippen oder Rillen einem langen zylindrischen Rohr innen oder außen anfügen und anschließend deren Kühl- bzw. Wärmetransportwirkung untersuchen. Die App ermöglicht die Untersuchung des thermischen Verhaltens eines Rohrs, das mit Wasser gefüllt und dann durch die umgebende Luft durch die erzwungene Konvektion gekühlt oder erwärmt wird.
Eine Rohrkonstruktion kann außen scheibenförmige Flügel, Ringrillen, spiralförmige Lamellen und Rillen und keine Rillen/Lamellen und innen gerade Rillen oder keine Rillen aufweisen.
Mit der App können Sie die abgegebene Leistung und den Druckabfall als Funktion der Geometrie und Luftstromgeschwindigkeit berechnen.
Die „Finned Pipe Designer" App, dargestellt mit den Rohrparametern (geometrische Eigenschaften und Betriebsbedingungen) sowie den Simulationsergebnissen für Geschwindigkeit und Temperatur.
Neue App: „Thermoelectric Cooler“
Thermoelektrische Kühler werden bei einer Vielzahl von Gerätetypen zu Kühlung von Elektronik eingesetzt. Das Anwendungsgebiet reicht von Verbrauchsartikeln bis zu Weltraumfahrzeugen. Das Kühlerelement nutzt den Peltier-Effekt und besteht aus mehreren thermoelektrischen Abschnitten, die sich zwischen zwei thermisch leitfähigen Platten befinden, wobei eine Platte kalt und die andere warm ist. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Kühlerausführungen eingesetzt.
Mit der App für thermoelektrische Kühler kann ein einstufiger Kühler mit verschiedenen Größen sowie Thermoelementgrößen und -verteilungen untersucht werden. Sie können mit der App den für ein bestimmtes Gerät am besten geeigneten thermoelektrischen Kühler ermitteln. Hersteller von Kühlern können mithilfe der App ihre Konstruktion optimieren und deren technische Daten ermitteln. Weiterhin kann die App als Ausgangspunkt für detailliertere Berechnungen mit zusätzlichen Eingabeoptionen dienen.
Sie können auch einen mehrstufigen thermoelektrischen Kühler simulieren, indem Sie die geometrischen Parameter verschiedener Komponenten des Kühlers, das Material der thermoelektrischen Abschnitte und einige Betriebsbedingungen ändern.
Benutzeroberfläche der App „Thermoelectric Cooler“ mit Optionen für Konstruktion, Materialien und Betriebsbedingungen.
Neue App: „Measuring Thermal Conductivity Through the Flash Method“
Das Flash-Verfahren ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Messung der thermischen Leitfähigkeit von dünnem Probenmaterial, das ungefähr die Größe einer Münze hat. Eine Seite des Probenmaterials wird mit einem Laserimpuls erwärmt. Als Folge steigt die Temperatur auf der anderen Seite um ca. 1 K. Da der Impuls einheitlich und genau definiert ist, kann die Temperaturänderung auf der anderen Seite bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht die genaue Messung der thermischen Leitfähigkeit der Probe.
Mit dieser Anwendung können Sie die realen Bedingungen genau abbilden, indem Höhe, Radius und Material der Probe und Umgebungstemperatur festgelegt werden. Weiterhin können Sie die Konvektion und Strahlungseffekte aktivieren oder deaktivieren und die Werte für Wärmeübertragungskoeffizient und Emissionsvermögen von Probe und Gehäuse anpassen.
Benutzeroberfläche der App mit den Optionen des Flash-Verfahrens und dem Temperaturprofil zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit.
Symmetrieebene für die Strahlungsübertragung zwischen Oberflächen
Eine neue Funktion in COMSOL Multiphysics Version 5.2 bietet eine Symmetrieebene für Wärmeübertragungssimulationen, bei denen eine Strahlungsübertragung zwischen Oberflächen in 2D-, achsensymmetrischen 2D- und 3D-Geometrien stattfindet. Dies ermöglicht in bestimmten Fällen, nur die Hälfte der Geometrie darzustellen, wodurch der Sichtfaktor doppelt so schnell berechnet werden kann. Weiterhin wird die Anzahl der erforderlichen Netzelemente für alle abhängigen Variablen auf die Hälfte reduziert.
Externe Temperatur für dünne Schichten
Die Funktion Externe Temperatur steht unter der Funktion Dünne Schicht zur Verfügung, wenn der Schichttyp auf Widerstandsbehaftet oder Allgemein eingestellt wurde. Diese Funktion kann auf äußere Ränder angewendet werden und ermöglicht Ihnen, die Temperatur auf der äußeren Seite der Schicht festzulegen, wobei die Temperatur in der Schicht und auf der Schichtinnenseite durch das Modell bestimmt wird.
Zusätzliche Korrelationen für Wärmeübertragungskoeffizienten
Die Bibliothek für Wärmeübertragungskoeffizienten verfügt über eine neue Konvektionswärmeübertragungs-Koeffizientkorrelation für die natürliche Konvektion um einen dünnen vertikal ausgerichteten Zylinder. Dieser Wärmeübertragungskoeffizient ermöglicht Ihnen, eine Wärmefluss-Randbedingung für die Zylinderränder zu definieren, anstatt eine nicht-isothermische Strömungssimulation auszuführen. Dadurch wird der Rechenaufwand stark reduziert.
Neue Subfeatures für dünne Filme und Spalten/Risse
Die Randbedingungen Dünner Film und Bruch wurden um vier Unterfunktionen erweitert, um deren Modellierungsfähigkeiten zu verbessern. Diese Unterfunktionen entsprechen den Unterfunktionen der Funktion Dünne Schicht, die in der vorherigen Version bereits vorhanden waren.
- Die Unterfunktion Temperatur
- Zur Festlegung der Temperatur für einen Satz von Kanten, die Ränder eines dünnen Films oder eines Spaltes repräsentieren. Diese Bedingung wird benötigt, wenn der dünne Film oder der Spalteinlass auf einer äußeren Kante liegt.
- Die Unterfunktion Linienwärmefluss
- Zur Definition eines Wärmeflusses, der die Ränder eines dünnen Films oder Spaltes passiert. Zur Definition des Flusses stehen mehrere Optionen zur Verfügung: Allgemeiner einfallender Wärmefluss, Einströmender Wärmezufluss und Wärmeübertragungsrate insgesamt für 3D-Modelle.
- Die Strahlungs-Unterfunktion Oberfläche-zu-Umgebung Strahlung
- Zur Festlegung der Fläche-Umgebung-Strahlung für einen Satz von Kanten, die Ränder eines dünnen Films oder eines Spaltes repräsentieren. Den Nettowärmezustrom können Sie durch Angabe der Umgebungstemperatur und des Emissionsvermögens der Oberfläche definieren.
- Die Unterfunktion Wärmequelle
- Zur Definition einer internen Wärmequelle in einem dünnen Film oder Spalt. Diese Unterfunktion verfügt über zwei Optionen zur Definition der Wärmequelle: Allgemeiner Quellterm und Wärmeübergangsrate insgesamt.
Aktualisierte Solver-Einstellungen für Wärmetransport
Die Solver-Standardeinstellungen für die „Heat Transfer“-Interfaces wurden überarbeitet. „SOR“ wird anstelle von „SOR Line“ beim Mehrgitter-Löser für große Modelle zur Vorglättung verwendet, sofern das Modell keinen Nicht-isotherme Strömung-Kopplungsknoten enthält. Dadurch werden kürzere Berechnungszeiten erzielt. Bei Simulationen mit einem Blocklöser wird nun ein unterer Temperaturgrenzwert von null gesetzt, sofern als Einheit für die Temperatur „Kelvin“ festgelegt ist.
Aktualisierte Dokumentation für Wärmetransport
Die Dokumentation für das Heat Transfer Module wurde vollständig überarbeitet, um für Konsistenz mit COMSOL Multiphysics Version 5.2 zu sorgen und die Verständlichkeit zu erhöhen. Die Dokumentation wurde um mehrere Abschnitte ergänzt und neu gegliedert. In den neuen Abschnitten werden die Standard-Löser für die Wärmetransport-Interfaces und die Temperaturvariablen, die auf Ränder angewendet werden können, beschrieben.
Aktualisierte Dokumentation über das Heat Transfer Module von COMSOL Multiphysics Version 5.2