Модуль «Теплопередача»
Новое приложение: Finned Pipe Designer (Проектирование ребристых труб)
Ребристые трубы используются в охладителях, нагревателях и теплообменниках для увеличения теплопередачи. Размеры и конструкция трубы зависят от ее назначения и предъявляемых требований.
При размещении ребер на внешней стороне трубы площадь поверхности теплообмена возрастает, обеспечивая более эффективный теплообмен с внешним жидким теплоносителем или хладагентом. При размещении ребер на внутренней поверхности трубы площадь поверхности теплообмена увеличивается для внутреннего жидкого хладагента или теплоносителя, а значит, он может эффективнее забирать или отдавать тепло. Ребра — не единственный способ увеличить площадь поверхности теплообмена. Альтернативный вариант, канавки, особенно подходит для внутренней поверхности трубы, где доступный объем ограничен.
С помощью приложения Finned Pipe Designer (Проектирование ребристых труб) вы можете оснастить модель длинной цилиндрической трубы ребрами или канавками с предварительно заданными характеристиками, как с внешней, так и с внутренней стороны, чтобы отследить и оценить их влияние на теплообмен. Это приложение вычисляет тепловые характеристики заполненной водой трубы, нагреваемой или охлаждаемой окружающей воздушной средой посредством принудительной конвекции.
Для элементов, размещаемых на внешней поверхности трубы, поддерживается несколько геометрических конфигураций (тарельчатые ребра, круговые канавки, спиральные ребра, спиральные канавки и без дополнительных элементов). Для элементов на внутренней поверхности поддерживается два варианта (прямые канавки или без дополнительных элементов).
Приложение вычисляет величину рассеиваемой мощности и падения давления как функции геометрических характеристик и скорости воздушного потока.
Параметры трубы (геометрические характеристики и условия эксплуатации) и результаты моделирования (скорость и температура) в пользовательском интерфейсе приложения Finned Pipe Designer (Проектирование ребристых труб).
Новое приложение: Thermoelectric Cooler (Термоэлектрический охладитель)
Термоэлектрические охладители широко используются во множестве прикладных областей для охлаждения различных электронных устройств — от товаров народного потребления до космических аппаратов. В основе их принципа действия лежит эффект Пельтье. Они состоят из нескольких термоэлектрических ветвей, расположенных между двух теплопроводных пластин: холодной и горячей. Термоэлектрические охладители используются во множестве областей, поэтому существует множество вариантов их реализации.
В приложении Thermoelectric Cooler (Термоэлектрический охладитель) анализируется базовая конструкция одноступенчатых термоэлектрических охладителей различных размеров, с термопарами различных размеров и размещений. Это приложение поможет вам определить, какой термоэлектрический охладитель лучше всего подходит для вашей задачи. Производители могут применять это приложение для оптимизации конструкции охладителей и расчета значений эксплуатационных характеристик в зависимости от назначения устройства. Кроме того, приложение может выступать отправной точкой для более подробных расчетов с дополнительными входными данными и использоваться для анализа многоступенчатых термоэлектрических охладителей.
Это достигается путем изменения геометрических параметров различных компонентов термоэлектрического охладителя, материала термоэлектрических ветвей, а также некоторых условий эксплуатации.
Настройки конструкции, материалов и условий эксплуатации в пользовательском интерфейсе приложения Thermoelectric Cooler (Термоэлектрический охладитель).
Новое приложение: Measuring Thermal Conductivity Through the Flash Method (Измерение теплопроводности посредством метода мгновенного нагрева)
Метод мгновенного нагрева широко применяется для измерения теплопроводности тонкого образца материала размером примерно с монету. На одну из сторон образца направляется лазерный импульс. Противоположная сторона нагревается примерно на 1 К. Так как импульс является однородным, а его характеристики хорошо определены, мы можем измерить изменение температуры на противоположной стороне. Этот метод позволяет измерить теплопроводность представленного образца с большой точностью.
Приложение для моделирования метода мгновенного нагрева воспроизводит реальный эксперимент и позволяет определять параметры, которые могут влиять на точность метода и вашего эксперимента. Это значит, что вы можете задать высоту, радиус и материал образца. Также вы можете установить температуру окружающей среды, включить или отключить эффекты конвекции и излучения, а также настроить значения коэффициента теплопередачи и поверхностной излучаемости как образца, так и контейнера.
Настройки метода мгновенного нагрева и температурная кривая, используемые для определения теплопроводности, в пользовательском интерфейсе приложения.
Плоскость симметрии для межповерхностного излучения
Новая функция программного пакета COMSOL Multiphysics версии 5.2 позволяет добавить плоскость симметрии при моделировании теплопередачи с межповерхностным излучением для двумерных, двумерных осесимметричных и трехмерных геометрических моделей. В допустимых случаях это позволяет представлять только половину геометрической модели, благодаря чему скорость расчета коэффициента видимости увеличивается вдвое. Кроме того, количество необходимых элементов сетки для всех зависимых переменных уменьшается в два раза.
Внешняя температура для тонких слоев
Подфункция External Temperature (Внешняя температура) доступна в функции Thin Layer (Тонкий слой) в случае, если в качестве типа слоя указан Resistive (Резистивный) или General (Общий). Эта функция, применимая к внешним границам, позволяет задавать температуру внешней стороны слоя, а температура самого слоя и его внутренней поверхности определяется моделью.
Дополнительные корреляции для коэффициентов теплопередачи
В библиотеку коэффициентов теплопередачи добавлена корреляция коэффициента конвекционной теплопередачи для естественной конвекции вокруг вертикального тонкого цилиндра. Этот коэффициент теплопередачи позволяет вам заменить моделирование неизотермического потока граничным условием теплового потока на границах цилиндра для сокращения вычислительных затрат на моделирование.
Новые подфункции для функций Thin Film (Тонкая пленка) и Fracture (Трещина)
Добавлены четыре новые подфункции, расширяющие возможности моделирования функций Thin Film (Тонкая пленка) и Fracture (Трещина). Эти подфункции аналогичны доступным для функции Thin Layer (Тонкий слой):
- Подфункция Temperature (Температура)
- Используется для задания температуры для набора краев, представляющих тонкие границы тонкой пленки или трещины. Эта возможность окажется полезной, если тонкая пленка или отверстие трещины располагается на внешнем крае.
- Подфункция Line Heat Flux (Линейный тепловой поток)
- Определяет прохождение теплового потока вдоль границ тонкой пленки или трещины. В пользовательском интерфейсе поддерживается несколько способов задания потока: общий входящий тепловой поток; входящий тепловой поток; а для трехмерных моделей — общая скорость теплопередачи.
- Подфункция Surface-to-Ambient Radiation (Излучение с поверхности в окружающую среду)
- Используется для задания излучения с поверхности в окружающую среду на наборе краев, представляющих тонкие границы тонкой пленки или трещины. Пользовательский интерфейс позволяет вводить значения температуры окружающей среды и поверхностной излучаемости, которые используются для определения итогового входящего теплового потока.
- Подфункция Source (Источник)
- Используется для задания внутреннего источника тепла в тонкой пленке или трещине. Эта подфункция поддерживает два варианта задания источника тепла: General Source (Общий источник) и Overall heat transfer rate (Средняя скорость теплопередачи).
Обновленные настройки решателя модуля Теплопередача
Исходные настройки решателя для интерфейсов модуля Теплопередача были обновлены. Теперь в качестве средства предварительного сглаживания многосеточного решателя для крупных моделей используется не SOR Line, а SOR. Исключением являются модели, содержащие узел связи Non-Isothermal Flow (Неизотермический поток). Благодаря этому вычисления станут быстрее. Кроме того, для случаев, в которых используется изолированный решатель, в качестве нижнего температурного предела установлено значение 0 (при условии, что единицей измерения температуры выбран градус Кельвина).
Обновленная документация модуля Теплопередача
Документация модуля Теплопередача в COMSOL Multiphysics версии 5.2 была полностью переработана. Мы стремились сделать ее более понятной и целостной. Новая структура содержит несколько дополнительных разделов. В частности, в новых разделах документации описаны решатели по умолчанию, генерируемые для интерфейсов Heat Transfer (Теплопередача), а также температурные переменные для границ.
Обновленная документация модуля Теплопередача в программном пакете COMSOL Multiphysics версии 5.2.