Problema calcolo resistenza termica

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
Software: creo modelling, ansys
Regione: lombardia
Ciao
Sto cercando di fare una simulazione termica
Ho una resistenza da 40 w che deve scaldare un blocco di metalli...come carichi ho usato generazione di calore interna calcolato con Potenza/volume resistenza cioè 40/770=0.05 w/mm3, l altro carico ho usato la convenzione naturale aria 22 w/mm2 applicato sulle 6 faccie del blocchetto...il problema che nella simulazione come risultato il blocco non supera nemmeno i 50 gradi mentre nella realtà arriva oltre 260...cosa sbaglio?



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MassiVonWeizen

Utente Senior
Professione: disegnatore
Software: solidworks 2019
Regione: Friuli Venezia Giulia
perché alle tue discussioni non metti titoli decenti, invece di battutine puerili, che aiutino a capire l'argomento e agevolino eventuali ricerche da parte degli altri utenti?
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
- sei sicuro delle unità di misura?
- hai fissato la temperatura di inizio studio?
- sei sicuro che stai studiando il comportamento reale dell'oggetto?
- hai i dati sperimentali della realtà con tutti i valori per simularlo?
- la conduttività interna l'hai considerata?

mi sa di no....altrimenti veniva giusto
 

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
Software: creo modelling, ansys
Regione: lombardia
scusate se rispondo solo adesso, ma ho avuto un po da fare negli ultimi mesi, e mi era andato via dalla testa tutto....

MassiVonWeizen hai ragione...se posso cambiarlo, solo che non so come fare

per quando riguarda il resto

la resistenza da 40 Watt ha un diametro di 6 mm lunga 28 m, quindi con un volume di 770 mm3
usando un carico di generazione di calore interna ho supposto che avrei dovuto dividere 40/770=0.05 W/mm3
come condizione al contorno ho un impostato un coefficente conventivo naturale di 22 W/mm2 sulle sei faccie del cubo

la temperatura di inizio studio lho fissata a 20 gradi ed la conduttivita interna non la imposti sciegliendo il materiale?

ho un modello reale a cui fare rifermento...ma non rispecchia questa simulazione
non me ne volete ma e' la prima volta che faccio una analisi termica, ho sempre fatto quelle strutturali

grazie
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
A me pare tu non stia impostando il problema in modo corretto. Non vedo che senso abbia dividere la potenza per il volume della resistenza. Oltre a questo, lo scambio termico tra due corpi avviene solo se gli stessi hanno temperatura differente, pertanto quei 22 W/mm2 sono un nonsenso. Il coefficiente di scambio termico è espresso in potenza per superficie per differenza di temperatura.
 

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
Software: creo modelling, ansys
Regione: lombardia
è che non so come trattare un resistenza elettrica

sono andato ad intuito....anche perche ho ipotizzato un carico di generazione interna che ha un unita di misura W/mm3, quindi non sono sicuro di stare trattando quel carico

mentre i 22 W/mm2 sono le condizioni al contorno ....alla fine il blocchetto è soggetto a convenzione...provo a togliere questo...
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
La generazione ti viene data con quell'unità di misura perché poi deve essere moltiplicata per il volume dell'elemento riscaldante. A te non serve altro che sapere la potenza che è, come dici, 40 W.

L'altro valore non so da dove lo tiri fuori. Un flusso di 22 W/mm2 è una quantità stratosferica che per convezione otterresti con una differenza di temperatura di un milione di gradi (anche se le leggi di convezione non sarebbero più valide a tali temperature).

E ripeto, W/mm2 è un FLUSSO, che ottieni solo impostando una determinata differenza di temperatura. Una superficie metallica dissipa per convezione naturale da 1 a 20 W/m2K (Watt per metro quadro per Kelvin). E ben inteso è metro quadro, non millimetro quadro.
 

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
Software: creo modelling, ansys
Regione: lombardia
mamma mia che somaro, le unita di misura!!!!
quel dato lo avevo preso ma come fesso non ho guardato l unita di misura


quindi io imposto solo la generazione interna ...e in effetti cosi facendo il risultato rispecchia piu la realta....solo che con quel solo dato mi dice che la matrice è mal posto e di stare attento a interpretare i risultati....se porto la convenzione di 20 W/m2K in mm2?
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
Non riesco a capire bene cosa intendi. Comunque, per passare da m2 a mm2 a denominatore... dividi il valore per un milione. Sarebbero 20 uW/mm2K.
 

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
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ho corretto il valore della convenzione, ma le temperature sono salite alle stelle....7000 gradi

cioe, se metto solo la generazione interna di 40 w, il risultato e' quasi uguale alla realta
se inserisco la convenzione e' tutto sbagliato
ed in teoria dovrei inserire anche l irraggiamento
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
Non so cosa tu abbia fatto con quel simulatore, ma prima di utilizzarlo bisognerebbe conoscerlo a sufficienza, e mi pare non sia il tuo caso... Inserire dei dati a casaccio, sperando di ottenere un risultato verosimile, non è il metodo di procedere corretto.

Se posti le dimensioni dell'oggetto, posso farti il calcolo analitico in condizioni più o meno realistiche.
 

ansyolitico

Utente Junior
Professione: mechanical designer
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Allego step
Carico 40 W/mm3
Convenzione radiazione su facce blocchetto
2,2x 10^-5 W/mm2
Coef emmissivo 0,4
Temp ambiente 22 C
 

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exxon

Utente Junior
Professione: engineer
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Dai calcoli (molto approssimati) di un oggetto di quel genere risulta che l'equilibrio termico si ha a 360 °C, dove si hanno circa 10 W per irradiazione e 30 W per convezione. La temperatura sarà probabilmente inferiore perché a quelle temperature il moto dell'aria sarà fortemente turbolento attorno all'oggetto con conseguente aumento della dissipazione.

ansyolitico... ma guardi quello che scrivi ???

1) Il "carico" (che in realtà è la potenza immessa) è di 40 W, non 40 W/mm3 !!!
2) Stiamo parlando di convezione, non di convenzione !!!
3) La trasmittanza termica si misura in W/m2K, non in W/m2 !!!

Nota, i calcoli sono eseguiti con i dati in #13, considerando quindi anche le alette (solo per la convezione) e le superfici esposte all'esterno per la radiazione.
 

ansyolitico

Utente Junior
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Ansia,
Sto scrivendo da cel, scusa faccio a cazzoti col correttore

Per il carico io ho come unita di misura W/mm3....secondo me è li il casino

Perché mi viene temp Max 6000 gradi..
 

exxon

Utente Junior
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In #1 hai scritto che hai una resistenza da 40 W dalla quale hai calcolato 440/770=0.05 w/mm3, adesso scrivi che hai 40 W/mm3.

Forse è meglio se prima ti chiarisci le idee.
 

ansyolitico

Utente Junior
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in #4 mi sembra di avere ben descritto il mio ragionamento

ho una resistenza da 40 W, ho deciso di trattarla come generazione interna, ansys ha come unita di misura per la generazione interna W/mm3, allora ho deciso di prendere la potenza di 40 W e divederla per il volume della resistenza che la genera 770mm3 che da come risultato 0,05 W/mm3 ed inserire questo dato come carico

ho ben specificato che non so come trattare questa resistenza

dopo sei arrivato tu e mi hai detto che non serva che divida la potenza della resistenza per il suo volume solo che questo tipo di simulatore ha come unita di misura W/mm3 ed ho inserito 40 come carico...ma cosi arrivo a 6000 gradi

ora la mia domanda e', visto che il tuo conto e' giusto anche se mi chiedo come hai fatto a farlo analiticamente quando dai ricordi di fisica tecnica era gia impegnativo farlo in xy.....CHE NUMERO DEVO INSERIRE COME CARICO? IL MIO RAGIONAMENTO E' GIUSTO?

perche?
 
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exxon

Utente Junior
Professione: engineer
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Regione: veneto
ho una resistenza da 40 W, ho deciso di trattarla come generazione interna, ansys ha come unita di misura per la generazione interna W/mm3, allora ho deciso di prendere la potenza di 40 W e divederla per il volume della resistenza che la genera 770mm3 che da come risultato 0,05 W/mm3 ed inserire questo dato come carico
Se nel tuo simulatore, il volume del solido che tu chiami "carico" è 770 mm3, allora potrebbe anche essere giusto.

dopo sei arrivato tu e mi hai detto che non serva che divida la potenza della resistenza per il suo volume solo che questo tipo di simulatore ha come unita di misura W/mm3 ed ho inserito 40 come carico...ma cosi arrivo a 6000 gradi
Ciò che ti ho detto è che non serve la potenza specifica (potenza/volume), ma solo la potenza totale che mi pare essere sempre 40 W...

ora la mia domanda e', visto che il tuo conto e' giusto anche se mi chiedo come hai fatto a farlo
Non è un calcolo difficile: basta eguagliare la potenza che entra (40 W) con quella che esce (sempre 40 W) e hai l'equilibrio termico. Dato che la potenza che esce lo fa in due modi, irraggiamento e convezione, basta prendere le due equazioni che gestiscono questi flussi energetici (ciascuno riferito alla propria superficie di riferimento) e trovare la temperatura alla quale si ha l'equilibrio. Per l'irraggiamento utilizzi l'equazione di Stefan-Boltzmann, per la convezione è sufficiente quella della trasmittanza termica.

CHE NUMERO DEVO INSERIRE COME CARICO? IL MIO RAGIONAMENTO E' GIUSTO?
Io credo tu parta da dei presupposti errati: sei uno studente e ritengo questo sia un esercizio che ti è stato chiesto di risolvere. Gli esercizi servono per collegare la teoria alla realtà del mondo fenomenico che ci circonda, non a mettere il numero magico nel simulatore che ti fa ottenere il risultato giusto.

Ti ho già detto (e nell'ultimo post lo confermi in modo esplicito) che non sai utilizzare quel simulatore. Ora hai due strade: ho studi i manuali per imparare ad utilizzarlo (strada lunga...) oppure fai delle prove per comprendere empiricamente che numeri infilarci dentro.

Cosa farei io se non avessi i manuali ma sapessi solo impostare il funzionamento? Prenderei una sfera di raggio 1 m, ci metterei una sorgente di 1 W e calcolerei analiticamente il risultato, confrontandolo con quello del simulatore... Mi pare anche una cosa interessante per uno studente, sempre che ti appassioni ciò che stai studiando.