fidesys
Контакт типа «тепловой зазор» используется для решения задач теплопроводности или связанных термоупругих задач в конструкциях с малыми зазорами, заполненными различными сжимаемыми или вытесняемыми средами, которые невозможно смоделировать напрямую с применением конечных элементов ввиду их потенциально малого размера и/или возможного значительного деформирования элементов в процессе решения задачи из-за перекрытия зазора при установлении в данной области механического контакта.
Способы задания газового зазора
Первый способ – через газовую смесь; второй способ – через ID материала, в котором должен быть задан коэффициент теплопроводности.
Газовая смесь в тепловом зазоре
При расчетах используется теория Чепмена-Энскога и потенциал Леннарда – Джонсона, параметры которого задаются (молярная масса [г/моль], диаметр сечения взаимодействия [А] и энергия взаимодействия [K]). В интерфейсе есть предустановленные газы (Гелий, Криптон, Ксенон, Цезий). Смесь задается через молевые доли фракций, сумма которых должна быть равна 1.
Настройки решателя для теплового зазора
Важной парой настроек решателя является жесткость теплового контакта и коэффициент нижней релаксации. Первый коэффициент задает точность, с которой выполняется тепловой зазор. При увеличении требования к жесткости, может появиться нестабильность решения – для стабилизации нужно использовать коэффициент нижней релаксации (0; 1]. Чем ниже коэффициент, тем стабильнее расчетная схема, но более медленная сходимость.
Рекомендации по начальным условиям
Не нужно пренебрегать начальными условиями задачи: из-за лучистого теплообмена в зазоре задача нелинейная. Понижение коэффициента релаксации можно избежать, задав более точные начальные условия.
Область действия теплового зазора
В отличии от механического контакта, передача тепла осуществляется через среду на значительные расстояния. Параметр «зазор» отвечает за расстояние между сущностями, при котором активируется модель теплового зазора.
Лучистый теплообмен
Для учета лучистого теплообмена, нужно задать излучательную способность в материалах, которые соответствуют основным и побочным сущностям контакта. Модель использует приближение о малом расстоянии между сущностями (когда лучистым теплообменом вдоль зазора можно пренебречь).
Учет криволинейности геометрии контакта
В расчете учитывается сжатие/расширение плотности теплового потока при переходе от побочной сущности контакта к основной. Т.е. учитывается, что площадь побочной сущности отличается от площади основной сущности. Площадь контакта внутри теплового зазора интерполируется линейно (это соответствует цилиндрической стенке).
Задачи с осевой симметрией
Тепловой зазор поддерживает двухмерные постановки, в том числе осевую симметрию. В таком случае криволинейность контакта определяется радиальной координатой сущностей контакта.
Нестационарные задачи
Распределение температуры в тепловом зазоре считается квазистационарным (т.е. теплоемкость среды в тепловом зазоре нулевая).
Диапазон и шаг расчета коэффициента теплопроводности
В большинстве случаев коэффициент теплопроводности зависит от температуры, для учета этой зависимости нужно задать нижнюю, верхнюю границу и шаг температуры. При выходе за диапазон коэффициент теплопроводности считается постоянным
Параметры точности расчета теплопроводности
Данный пункт относится только к первому способу задания газового зазора (через смесь газов). До выполнения основных расчетов, вычисляются интегралы столкновений в теории Чепмена-Энскога. Для расчета нужно задать параметры точности (по прицельному параметру, по углу рассеяния, по скорости). По-умолчанию они установлены 1E-2. При задании более высокой точности расчета может потребоваться заметное время – чтобы его не тратить, при повторных запусках в папке с расчетом сохраняются данные в файле «CollisionMomentsData.bin». При совпадении параметров точности расчета данные будут считаны (только в консольном режиме).
Ниже представлен пример с контактом типа «тепловой зазор»:
