Transitori Tèrmic

2. Transitori Tèrmic Existeixen dues vessants principals per realitzar l’estudi d’un transitori tèrmic: Les condicions de contorn no varien durant el període de temps estudiat. Les condicions de contorn poden variar durant el període de temps estudiat.

3. Procediment d’estudi (1) Condicions de contorn constants durant el període d’estudi: Un cop introduïda la geometria i el mallat de la peça s’han d'introduir les condicions de contorn. Les més comuns són les següents: Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Temperature Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Heat Flow Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Heat Flux Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Heat Generation Posteriorment, s’han d’imposar les condicions inicials Si tota la peça es troba a una mateixa temperatura es pot emprar la comanda: Solution > Define Loads > Settings > Uniform Temp

4. Si la peça presenta diverses zones amb temperatures inicials diferents, es pot emprar la següent eina: • Utility Menu > Select > Entities... • Una forma d’actuar consisteix en seleccionar les àrees desitjades i posteriorment seleccionar els nodes que la conformen amb la comanda: • Utility Menu > Select > Everything Below > • Selected Areas • Quan es tenen els nodes desitjats seleccionats, per fixar la temperatura inicial es pot emprar: Solution > Define Loads > Apply > Initial Condit’n > Define

5. Un cop introduïdes les condicions de contorn i inicials, és necessari definir el temps d’estudi i altres característiques: Solution > Analysis Type > New Analysis > Transient > Full Solution > Analysis Type > Sol’n Controls Temps en finalitzar l’estudi Necessari per enregistrar totes les dades Nombre d’iteracions a relitzar

6. Finalment, només queda resoldre el problema: Solution > Solve > Current LS Per visualitzar la variació de la temperatura en funció del temps, s’ha de recórrer a la comanda Time History Postproc, obtenint un quadre de diàleg com el següent: Permet visualitzar el gràfic de les variables seleccionades a la llista Permet afegir els punts de la malla desitjats

7. (2) Condicions de contorn no constants durant el període d’estudi: Fa referència a casos on existeixen condicions de contorn diferents depenent de l’interval de temps. La forma de procedir és similar pel que fa a la resolució del cas anterior en el que es refereix a condicions de contorn, condicions inicials i tractament del temps (Solution > Analysis Type > Sol’n Controls) Per cada conjunt de condicions de contorn cal definir els paràmetres anteriors (les condicions de contorn i inicials, si s’escau, i el temps final) i posteriorment enregistrar-lo mitjançant la comanda: Solution > Load Step Opts > Write LS File

8. Posterioment es pot definir el conjunt de condicions de contorn que segueixen a l’anterior i definir el temps final d’estudi corresponent aquest conjunt i el nombre d’iteracions a fer. De la mateixa manera que anteriorment cal enregistrar-lo. Es recomana numerar els diferents conjunts de condicions de contorn en ordre ascendent, començant per 1. Un cop s’han definit tots els conjunts de condicions de contorn del problema, per resoldre cal fer ús de la comanda: Solution > Solve > From LS Files Per visulalitzar la solució es procedeix de manera anàloga al cas anterior. Nota: consulteu com enregistrar funcions al guió 3.

9. Exemple de transitori tèrmic Disposem d’una conducció quadrada de maó amb aletes en el seu interior, per on circula un fluid que es vol escalfar. La conducció de maó disposa de cables elèctrics de coure que aporten calor per efecte Joule. Cal considerar una generació de calor interna de 105 kW/m3 i un flux de calor en les parets interiors de la conducció de 36 W/m2. La conducció està protegida per una capa aïllant de fibra de vidre de 6 mm d’espessor. Es transfereix calor per convecció amb el medi exterior, que es troba a 26ºC, amb un coeficient de convecció h=18,62 W/m2K. Es proposa l’estudi dels primers 80.000 segons del transitori, suposant que el coure té una temperatura inicial de 25ºC i el maó i la fibra de vidre una temperatura inicial de 30ºC. Les propietats dels materials es resumeixen a la següent taula:

10. Estudiar l’evolució de la temperatura amb el temps per als punts: Punt A: (45 mm, 90 mm) Punt B: (92 mm, 116 mm) Punt C: (28 mm, 100 mm) S’ha pres com a origen de coordenades el centre del quadrat. Fibra de vidre (3) Coure (1) Maó (2)

11. Resolució: Triar l’element finit adequat(PLANE 55) Definir les propietats dels materials: Preprocessor > Material Props > Material Models Generar la geometria

12. Mallar la peça Implementar les condicions de contorn Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Heat Flux Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Heat Generation

13. Seleccionar el tipus d’anàlisi: Solution > Analysis Type > New Analysis > Transient > Full Introducció de les dades corresponents al temps: Solution > Analysis Type > Sol’n Controls Time at end of loadstep: 80.000 segons (Les unitats de temps han de ser coherents amb la resta d’unitats emprades en el problema) Number of substeps: 200 Max nº of substeps: 200 Min nº of substeps: 200 Frequency: Write every substep Resolució del problema: Solution > Solve > Current LS

14. Obtenció dels resultats (Time History Postproc) Punt A: (45, 90)

15. Punt B: (92, 116)

16. Punt C: (28, 100)

17. Gràfic conjunt