fidesys
Рассматривается участок палубы арктического корабля. Снаружи корабля -30 градусов, высокая влажность и ветер. Внутри корабля греющий кабель, теплоизоляционный слой и поддерживаемая температура 15 градусов. Необходимо понять, хватит ли мощности греющего кабеля и плотности его укладки, чтобы не допустить обледенения палубы. При тепловом расчете будут использоваться такие виде тепловых нагрузок как:
- Тепловой поток от греющего кабеля;
- Стационарное тепловое воздействие холодного воздуха снаружи и теплого воздуха изнутри;
- Конвективный теплообмен между поверхностями;
- Переизлучение тепла от греющего кабеля к окружению (новая функция для Fidesys 6.1).
Импортирование геометрической модели
Импортируйте геометрическую модель скачать файл. Для этого на панели инструментов нажмите на значок Импорт, выберите нужную модель и нажмите Готово.
В результате импортируется модель.
Задание материала и свойств блока
Создайте четыре типа материала. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя первого материала. В колонке свойств откройте список Общие и перетащите Плотность в колонку Свойства материала. Затем в левой колонке перейдите в раздел Температурные свойства и перетащите Коэффициент удельной теплоемкости. Для учета переизлучения тепла перетащите Излучательную способность и Константу Стефана-Больцмана. Проделайте тоже самое для Температурные свойства → Температурные изотропные → Коэффициент теплопроводности. Задайте необходимые значения.
Создайте второй материал.
Создайте третий материал.
Создайте четвертый материал.
Нажмите Применить. Закройте окно.
Создайте первый блок c названием "Палуба". На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте аналогичные действия для создания еще трех блоков. Параметры для второго блока: название "Изоляция" и ID объекта 2, параметры для третьего блока: название "Греющий кабель" и ID объекта 1, параметры для четвертого блока: название "Воздух" и ID объектов 4 5.
Задайте свойства первому блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте аналогичные действия для задания свойств еще трем блокам. Параметры для второго блока: категория Объемное тело и материал Изоляция, категория Объемное тело и материал Греющий кабель, параметры для четвертого блока: категория Объемное тело и материал Воздух.
Построение сетки
Срастите объемы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Отпечатаь/срастить. Из выпадающего списка выберите Срастить и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Для построения тетраэдальной сетки задайте в настройках сетки тип элемента по умолчанию, для этого на верхней панели выберите Инструменты - Настройки. Далее в настройках найти раздел "Настройки сетки" и выбрать тип элемента - тетраэдр, после чего нажать "Сохранить".
Постройте сетку на объеме 2. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выпадающего списка выберите Автоматический размер и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.
Постройте сетку на объеме 1.
Постройте сетку на объемах 3 4 5.
Задание граничных условий
Задайте конвекцию на внутреннюю поверхность палубы. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Конвекция, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задайте конвекцию на внешние поверхности палубы. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Конвекция, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задайте греющему кабелю тепловой поток. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Тепловой поток, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задайте постоянную температуру холодного воздуха за бортом. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Температура, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Задайте постоянную температуру снаружи теплоизоляционного слоя. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Температура, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Для учета переизлучения тепла от греющего кабеля к палубе и теплоизоляционному слою выберите Режим - Граничные условия, Объект - Излучение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Для поверхностей теплоизоляционного слоя:
Для поверхности палубы:
Задайте начальную температуру палубе. На панели команд выберите Режим - Начальные условия, Объект - Температура, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.
Запуск расчета
Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Объект - Статический, Действие - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.
Анализ результатов
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
Нажмите Ctrl+E;
В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть последний результат;
На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты).
Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
На верхней панели выберите: Температура. В результате на модели отобразится распределение температуры.
Для наглядности сделайте разрез. Выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Срез. Укажите нормаль либо направление, в котором следует сделать срез. Нажмите Применить. После применения настроек должна отобразиться следующая картина:
По результатам расчета видно, что данного греющего кабеля недостаточно для противодействия обледенению палубы и требуется более плотная укладка кабеля или замена его на более мощный.
Использование консольного интерфейса
Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.
reset import acis "C:/Users/gudkova/Downloads/geom2 (2).sat" nofreesurfaces heal attributes_on separate_bodies # МАТЕРИАЛЫ create material 1 modify material 1 name 'Палуба' modify material 1 set property 'DENSITY' value 7856 modify material 1 set property 'SPECIFIC_HEAT' value 458 modify material 1 set property 'ISO_CONDUCTIVITY' value 58 modify material 1 set property 'EMISSIVITY' value 0.7 modify material 1 set property 'STEFAN_BOLTZMANN_CONSTANT' value 5.67e-08 create material 2 modify material 2 name 'Изоляция' modify material 2 set property 'DENSITY' value 100 modify material 2 set property 'ISO_CONDUCTIVITY' value 0.038 modify material 2 set property 'SPECIFIC_HEAT' value 900 modify material 2 set property 'EMISSIVITY' value 0.7 modify material 2 set property 'STEFAN_BOLTZMANN_CONSTANT' value 5.67e-08 create material 3 modify material 3 name 'Греющий кабель' modify material 3 set property 'DENSITY' value 8930 modify material 3 set property 'SPECIFIC_HEAT' value 0.375 modify material 3 set property 'ISO_CONDUCTIVITY' value 390 modify material 3 set property 'EMISSIVITY' value 0.2 modify material 3 set property 'STEFAN_BOLTZMANN_CONSTANT' value 5.67e-08 create material 4 modify material 4 name 'Воздух' modify material 4 set property 'DENSITY' value 1.3 modify material 4 set property 'SPECIFIC_HEAT' value 1.03 modify material 4 set property 'ISO_CONDUCTIVITY' value 0.022 # БЛОКИ set duplicate block elements off block 1 add volume 3 block 1 name 'Палуба' block 2 add volume 2 block 2 name 'Изоляция' block 3 add volume 1 block 3 name 'Греющий кабель' block 4 add volume 4 5 block 4 name 'Воздух' block 'Палуба' material 1 cs 1 element solid order 1 block 'Изоляция' material 2 cs 1 element solid order 1 block 'Греющий кабель' material 3 cs 1 element solid order 1 block 'Воздух' material 4 cs 1 element solid order 1 # СЕТКА merge volume all set default element tri volume 2 size auto factor 5 mesh volume 2 volume 1 size auto factor 5 mesh volume 1 volume 3 4 5 size auto factor 5 mesh volume 3 4 5 # коэффициент теплоотдачи с поверхности палубы. Внутри температура 15, снаружи -30 create convection on surface 77 80 to 85 surrounding value 15 coefficient value 5 create convection on surface 78 79 surrounding value -30 coefficient value 44 # примерная площадь поверхности греющего кабеля: 25 м^2, длина 135 м # мощность греющего кабеля при температуре -30 - 115 Вт/м, КПД прbмем за 80% # тогда тепловой поток через поверхность кабеля примерно 500 Вт/м^2 create heatflux on surface 1 to 64 value 500 # постоянная температура холодного воздуха за бортом -30 create temperature on surface 97 value -30 # постоянная температура 15 снаружи теплоизоляционного слоя create temperature on surface 72 value 15 # переизлучение от кабеля к другим объектам create radiation on surface 1 to 62 value 0 create radiation on surface 74 66 to 70 value 0 create radiation on surface 82 value 0 # начальные условия: палуба 15 градусов create initial temperature on volume 1 2 3 modify initial temperature 1 value 15 # настройка решателя: статический анализ с учетом теплопроводности и переизлучения analysis type static heattrans radiationexchange dim3
