Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - MP - Thermo-Bimetall - Stationaere Simulation

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Stationäre Temperatur-Simulation

• In der Kupferschicht soll eine Wärmeleistung von (20+x,x) W generiert werden, wie dies bereits einleitend beschrieben wurde.
• Um das vorhandene Netz weiterhin zu verwenden, erzeugen wir eine Kopie des Schalen-Element-Szenarios unter dem neuen Bezeichner "Stationaere Erwaermung".

Achtung:
Leider funktionieren die Schalenelemente nicht für die Wärmesimulation. Anscheinend wird trotz angegebener Dicke=0,008 m laut Ergebnis-Bericht für die Elemente eine Dicke=0 m verwendet. Damit entstehen dann praktisch unendlich hohe Temperaturen von > 1e14 °C!

• Wir wählen deshalb zur Umgehung dieses Problems wieder 2D-Elemente.
• Aktuelle Berechnungsart festlegen > Thermisch > Statische Wärmeübertragung: Wir benötigen dafür kein weiteres neues Szenario und quittieren dementsprechend die Warnungen.
• In der Elementdefinition ist das thermische Problem noch zu konkretisieren:
• Da wir die Abführung der Wärme mittels Wärmeleitung und Konvektion über die Ränder des Modells berücksichtigen müssen, wählen wir für die Wärmeflussberechnung = Linear gemäß Randbedingungen.
• Da wir keine Wärmestrahlung zwischen den Körpern berücksichtigen, verwenden wir dafür die Option Nicht-transparent:
  
• Hinweis: Diese Option erhöht zwar den Freiheitsgrad des Gleichungssystems um den Wert 1. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der Wärmeflüsse ist jedoch auch bei gröberer Vernetzung die Einhaltung des Energieerhaltungssatzes im Modell gewährleistet. Dies ist bei der Option "Berechnet am Schwerpunkt" nicht immer der Fall. Die Auswirkung auf die berechneten Temperaturverläufe ist meist unmerklich.
• Das Material muss nun mit den fehlenden thermischen Parametern versehen werden. Die mechanischen Kenngrößen (außer der Massedichte), sind im thermischen Netz nicht mehr verfügbar!
• Die Thermolast "Interne Wärmeerzeugung" verwenden wir zum Generieren der Wärmeleistung in die Kupferschicht. Dieser Wert in [W/m³] ist so zu berechnen, dass sich insgesamt die Wärmeleistung von (20+x,x) W ergibt.
• Die Thermolast "Gesteuerte Temperatur" verwenden wir, um die beiden Enden des Bimetalls auf eine konstante Temperatur von 40°C zu halten (entspricht thermisch gut leitende Kontaktierung). Dazu sind mittels <Strg>-Taste die insgesamt 4 Teilflächen an den beiden Enden zu wählen:
  
• Der große Wert der thermischen Steifigkeit repräsentiert einen extrem gut leitenden thermischen Kontakt. Über diesen Kontakt-Widerstand entsteht auch bei großen wärmeströmen praktisch kein Temperaturabfall.
• Hinweis: Vor dem Ergänzen der Konvektion sollte man eine Simulation durchführen, um die Funktionsfähigkeit des Modells zu überprüfen:
  

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