1. Зовсім від часу кліматичні дані для понад 6 000 станцій (ASHRAE, 2013)
2. Попередньо задана опція для включення гідростатичного ефекту в моделі сполученої теплопередачі
3. Мультіфізіческая зв'язок процесів перенесення тепла і вологи
4. Модель будівельного матеріалу
5. Інтерфейс Moisture Transport (Перенесення вологи)
6. Стисливість однофазного потоку
7. Умова симетрії секторів для моделювання випромінювання типу «поверхню - поверхню»
8. Мультіфізіческая зв'язок неізотерміческімі потік тепер сумісний з фазовими переходами речовини
9. Перероблена функція непрозорості
10. Теплопередача в тонких структурах
11. Загальна формула для тонких плівок
12. Функціональна можливість Pressure Work (Робота сил тиску) тепер доступна для теплопередачі в пористих...
13. Додана підтримка температури на бічних поверхнях тонких структур
14. Бібліотека матеріалів Bioheat (Біологічний нагрів)
15. Новий додаток: Inline Induction Heater (точніше індукційній нагрівачі)
16. Оновлена ​​навчальна модель: Evaporation in Porous Media with Large Evaporation Rates (Випаровування...

Для користувачів модуля Теплопередача в COMSOL Multiphysics® версії 5.2a з'явилися можливість використовувати погодні дані при моделюванні, гідростатичний ефект при моделюванні процесів сполученої теплопередачі, нові матеріали з бази даних Bioheat (Біологічний нагрів) і багато іншого. Детальний опис оновлень модуля Теплопередача представлено нижче.

Зовсім від часу кліматичні дані для понад 6 000 станцій (ASHRAE, 2013)

У вікні налаштувань інтерфейсу Теплопередача з'явився новий розділ під назвою Ambient Settings (Настройки навколишнього середовища), який служить для завдання таких змінних навколишнього середовища, як температура, відносна вологість, абсолютний тиск, швидкість вітру і освітленість сонячного випромінювання. Після одноразового визначення цих змінних вони стають доступними для використання в якості вихідних даних в ряді інструментів всіх інтерфейсів модуля Теплопередача.

За замовчуванням визначення змінних виконується користувачем (User defined). Також дані змінні можуть бути обчислені на підставі середньомісячних і середньогодинних значень, наведених в керівництві ASHRAE 2013. Ці значення, отримані шляхом об'єднання даних метеорологічних станцій по всьому світу, надані Американським товариством інженерів опалювальних та холодильних систем і систем кондиціонування повітря (ASHRAE). Для вибору місця розташування, визначеного часу і умов навколишнього середовища служать кілька налаштувань. Завдяки цьому доступ до великого обсягу даних по місцю розташування, релевантному вашої моделі, стає швидким і простим. Початковий стан відповідає середньому значенню для вказаної дати та часу. Серед інших доступних користувачеві даних - максимальна і мінімальна температура, зафіксована обраної станцією, або значення, відповідні середнім, але відхиляються від них на одиницю середньоквадратичного відхилення.

При виконанні аналізу перехідних процесів кліматичні дані автоматично синхронізуються з часовим діапазоном решателя.

Погодні дані доступні у вигляді змінних для вихідних даних декількох інструментів. Наприклад, в інструменті Heat Flux (Тепловий потік) дані про температуру, абсолютному тиску навколишнього середовища і швидкості вітру можуть використовуватися у вигляді кореляцій для визначення коефіцієнта теплопередачі.

Завдання умов навколишнього середовища на рівні інтерфейсу гарантує їх узгодженість у всій моделі, а також відсутність необхідності визначати додаткові змінні для умов навколишнього середовища. Кліматичні дані можуть бути використані для перевірки умов експлуатації пристрою на підставі реальних даних. Завдяки можливості використовувати спільно безліч умов ви можете випробувати поведінку пристрою як в екстремальних умовах експлуатації, так і в звичайних з бажаним запасом.

Шлях в Бібліотеці додатків наприклад, використовує залежні від часу кліматичні дані (ASHRAE 2013):

Heat_Transfer_Module / Power_Electronics_and_Electronics_Cooling / condensation_electronic_device_with_diffusion

Попередньо задана опція для включення гідростатичного ефекту в моделі сполученої теплопередачі

За гідростатичний ефект, що спостерігається при різниці щільності в рідини, відповідальна сила тяжіння. Найчастіше різниця тисків з'являється при перепадах температури в газі або рідини. Природна конвекція відповідає конфігурації, при якій потік створюється гидростатическими силами; вона є ключовим елементом для багатьох варіантів практичного застосування, наприклад, енергозбереження (так як природна конвекція викликає рух рідини, що підсилює теплопередачу і, відповідно, втрати) або охолодження електронних компонентів (перевагами охолодження на основі природної конвекції, також відомого як Безвентиляторний охолодження, є відсутність необхідності використовувати механічні пристрої і відсутність шуму).

Нове властивість Gravity (Сила тяжіння) зі складу інтерфейсу Single-Phase Flow (Однофазний потік) дозволяє додати в модель вплив сили тяжіння. При виборі даної властивості в дереві моделі з'являється подузел Gravity (Сила тяжіння), що дає можливість редагувати прискорення вільного падіння. Подузел Gravity визначає масову силу, відповідну силі тяжіння у всіх областях, де активний даний інтерфейс.

Для зв'язування рівняння потоку рідини і сили тяжіння є дві формули: формула відносного тиску (використовується за умовчанням) і формула наведеного тиску. При виборі формули відносного тиску враховуються інструменти, що використовують зовнішній тиск або зовнішнє загальну напругу для створення гідростатичного тиску (нестисливий потік) або апроксимації гідростатичного тиску (слабосжімаемий і стискається потоки). При виборі наведеного тиску рівняння потоку визначаються за допомогою наведеного тиску в якості залежної змінної. Це підходить для випадків, коли зміни гідростатичної сили невеликі в порівнянні з її абсолютним значенням.

Шлях в Бібліотеці додатків наприклад, використовує гідростатичний ефект при моделюванні сполученої теплопередачі:

Heat_Transfer_Module / Power_Electronics_and_Electronics_Cooling / circuit_board_nat_3D

Значення швидкості потоку (лінії струму в м / с), викликаного підйомної силою, в результаті розсіювання тепла від мікросхеми, розміщеної на вертикальній друкованій платі (температура в К).

Значення швидкості потоку (лінії струму в м / с), викликаного підйомної силою, в результаті розсіювання тепла від мікросхеми, розміщеної на вертикальній друкованій платі (температура в К).

Мультіфізіческая зв'язок процесів перенесення тепла і вологи

Новий набір інтерфейсів і інструментів служить для моделювання пов'язаних процесів перенесення тепла і вологи в будівельних матеріалах з урахуванням процесів їх накопичення, прихованого дії тепла і рідини, а також конвекційного перенесення вологи. За допомогою даної мультіфізіческой зв'язку можливо моделювати різні явища зміни вологості в компонентах споруд. При моделюванні поведінки споруди в теплу пору року даний інструмент може використовуватися для створення моделі висихання вихідної будівельної вологи, а також моделі конденсації, викликаної міграцією вологи зовні всередину будівлі. При моделюванні поведінки споруди в холодну пору року даний інструмент може використовуватися для створення моделі акумулювання вологи за рахунок внутріпорового конденсації, викликаної дифузією.

Модель будівельного матеріалу

Дана модель є використовуваної за замовчуванням функцією області інтерфейсу Heat Transfer in Building Materials (Теплопередача в будівельних матеріалах) і може бути додана до будь-якого інтерфейсу теплопередачі. За допомогою даної функції моделюється пористе середовище, що містить воду і вологе повітря, відповідно до рівнянь в приватних похідних, що містяться в стандарті EN 15026: 2007 (Hygrothermal performance of building components and building elements - Assessment of moisture transfer by numerical simulation, «Гігротермальние характеристики компонентів і елементів будівель. Оцінка передачі вологи шляхом числового моделювання », CEN, 2007).

Ефективні теплові характеристики визначаються за часткою сухого матеріалу і абсолютної вологості. Крім того, перенесення вологи і прихована теплота випаровування визначають члени рівняння, що відповідають за джерело тепла і тепловіддачу.

Інтерфейс Moisture Transport (Перенесення вологи)

Інтерфейс Moisture Transport (Перенесення вологи) використовується для моделювання відповідних процесів. Функція області, яка використовується за замовчуванням, Porous Medium (Пориста середа), враховує процес акумулювання вологи, сили капілярного всмоктування, а також конвекційний перенесення пара. Аналогічно інструменту Building Material (Будівельний матеріал) в ньому використовуються рівняння з EN 15026.

Також інтерфейс Moisture Transport (Перенесення вологи) у своєму розпорядженні інструменти для визначення джерела вологи (Moisture Source), тонкого бар'єру вологи (Thin Moisture Barrier), абсолютної вологості (Moisture Content) і вологого потоку (Moisture Flux).

Стисливість однофазного потоку

Новий інструмент Weakly compressible flow (Слабосжімаемий потік) представлений в якості проміжної опції між нестисливим потоком з постійною величиною щільності і стисливим потоком (Ma <0,3), щільність якого може довільно змінюватися. При виборі даної функції величина щільності потоку вважається залежною виключно від температури. У разі якщо в характеристиках матеріалу задається залежність щільності від тиску, воно визначається як заданий в інтерфейсі базове тиск.

Дане рішення буде особливо корисним для моделювання газів в тих випадках, коли перепади тиску занадто малі для того, щоб надати значущий вплив на щільність. Подібне типово для більшості ситуацій повітряного охолодження з малою швидкістю. У цьому випадку усунення залежності тиску від щільності може значно поліпшити продуктивність комп'ютера при виконанні обчислень.

Шлях в Бібліотеці додатків до прикладів, які використовують функції стисливості однофазного потоку:

Heat_Transfer_Module / Applications / forced_air_cooling_with_heat_sink

Результати моделювання повітряного охолодження, в якому залежність тиску повітря не враховувалася. На графіку представлено поле температури (Теплова камера) і лінії струму повітряного потоку (Полярне сяйво на Юпітері), товщина яких пропорційна величині швидкості.

Умова симетрії секторів для моделювання випромінювання типу «поверхню - поверхню»

Одним із способів скорочення витрат на обчислення при моделюванні є використання симетричних площин або секторів для спрощення геометричної структури моделі. Чи можливо застосувати граничні умови симетрії, що використовуються в моделюванні на основі диференціальних рівнянь в приватних похідних. При цьому моделювання випромінювання типу «поверхню - поверхню» вимагає оцінки коефіцієнтів видимості, яка має на увазі реконструкцію всієї геометричній структури.

Для обходу цієї вимоги введена нова опція Sectors of symmetry (Сектори симетрії), яка може бути використана як для двомірних, так і тривимірних моделей, побудованих за допомогою опції Symmetry (Симетрія) інструменту Surface-to-Surface Radiation (Випромінювання типу «поверхню - поверхню »). Вона підтримує довільну кількість секторів і дозволяє задати площину відображення для кожного сектора. За допомогою даної опції ви можете поліпшити продуктивність комп'ютера, виконуючи обчислення і зберігаючи коефіцієнти видимості тільки для одного з симетричних секторів. Крім того, число ступенів свободи для інших змінних в моделі буде, відповідно, зменшено.

Шлях в Бібліотеці додатків наприклад, використовує умова симетрії секторів для моделювання випромінювання типу «поверхню - поверхню»:

Heat_Transfer_Module / Applications / inline_induction_heater

Мультіфізіческая зв'язок неізотерміческімі потік тепер сумісний з фазовими переходами речовини

Класичний спосіб моделювання руху рідкої фази речовини на етапі фазового переходу полягає у вирішенні рівняння потоку рідини у всій області фазового переходу речовини і подальшому призначенні певних характеристик речовини у твердій фазі. Це гарантує непорушність твердої частини речовини або його рух як жорсткого тіла. Для рідкої частини визначаються фактичні характеристики, після чого може бути виконаний розрахунок потоку рідини. У COMSOL Multiphysics® версії 5.2a ви можете використовувати мультіфізіческую зв'язок Non-Isothermal Flow (неізотерміческімі потік), щоб об'єднати теплопередачі при фазовому переході речовини з потоком рідини.

Шлях в Бібліотеці додатків наприклад, використовує мультіфізіческій інтерфейс Non-Isothermal Flow (неізотерміческімі потік) спільно з Підвузли Phase Change Material (Фазовий перехід речовини):

Heat_Transfer_Module / Thermal_Processing / continuous_casting

Перероблена функція непрозорості

Інструмент Opaque (Непрозора поверхню), який використовується в моделюванні випромінювання типу «поверхню - поверхню», був замінений новим інструментом Opacity (Непрозорість), який доступний для всіх основних функцій області, включаючи Fluid (Рідина) (раніше Heat Transfer in Fluids (Теплопередача в рідини )), Phase Change Material (Фазовий перехід речовини) (раніше Heat Transfer with Phase Change (Теплопередача при фазовому переході)), Building Material (Будівельний матеріал) і Isothermal Domain (Изотермическая область). Непрозорість встановлюється шляхом вибору значення Transparent (Прозора поверхня) або Opaque (Непрозора поверхню) у вікні налаштувань.

Теплопередача в тонких структурах

Тонкі структури вводять в геометричну модель високі коефіцієнти стиснення, відповідальні, наприклад, за складні або викривлені сітки. У попередніх версіях COMSOL Multiphysics® було можливо використовувати модель оболонки для твердих тіл за допомогою інтерфейсу Heat Transfer in Thin Shells (Теплопередача в тонких оболонках). У COMSOL Multiphysics® версії 5.2a ви також можете моделювати тонкі плівки (рідина) і тріщини (в пористої середовищі).

Інтерфейси Heat Transfer in Thin Films (Теплопередача в тонких плівках) і Heat Transfer in Fractures (Теплопередача в тріщинах) представлені в підгрупі Thin Structures (Тонкі структури) гілки Heat Transfer (Теплопередача) вікна Select Physics (Вибір фізичних явищ). Інтерфейс Heat Transfer in Thin Films (Теплопередача в тонких плівках) включає в себе рівняння теплопередачі в рідинах. Швидкість потоку рідини в плівці може бути задана вручну або отримана з інтерфейсу Thin-Film Flow, Shell (Тонкоплівковий потік, Оболонка). Інтерфейс Heat Transfer in Fractures (Теплопередача в тріщинах) містить рівняння теплопередачі в пористої середовищі. Швидкість потоку рідини в тріщині може бути задана користувачем або обчислена за допомогою інтерфейсу Fracture Flow (Потік у тріщині).

Інтерфейси Thin Structures (Тонкі структури) представлені в вузлі Heat Transfer (Теплопередача) для твердих тіл, тонких рідких плівок і рідин в тріщинах.

Інтерфейси Thin Structures (Тонкі структури) представлені в вузлі Heat Transfer (Теплопередача) для твердих тіл, тонких рідких плівок і рідин в тріщинах.

Загальна формула для тонких плівок

В інструменті Thin Film (Тонка плівка) представлена нова опція: General thin film (Узагальнена модель тонкої плівки). Дана модель забезпечує дискретизацию поля температури по товщині плівки. Нова опція визначає додатковий вимір для обліку змін температури в товщі плівки. Ви можете використовувати функцію Thin Film (Тонка плівка) з будь-яким інтерфейсом теплопередачі, включаючи інтерфейси групи Thin Structures (Тонкі структури). Практичне застосування даної формули можливо при моделюванні підшипників або - в більш широкому сенсі - у випадках, коли необхідне точне уявлення температурного профілю в плівці, особливо при наявності великого джерела тепла або перепадів температури в товщі плівки.

Функціональна можливість Pressure Work (Робота сил тиску) тепер доступна для теплопередачі в пористих середовищах

Температура плинної складової пористого середовища може змінюватися, якщо над нею відбувається робота за рахунок перепаду тиску. Щоб відобразити цю зміну в моделі, функціональна можливість Pressure Work (Робота сил тиску) тепер підтримує не тільки вільне протягом рідини, але і пористі середовища. Ця можливість доступна в вузлі Porous Medium (Пориста середа).

Додана підтримка температури на бічних поверхнях тонких структур

Залежно від виду апроксимації в інструменті Thin Structure (Тонка структура) температура на бічних поверхнях тонкої структури може бути однорідною (апроксимація Thermally Thin (Термально тонкий шар)) або змінюватися в товщі структури (апроксимація Thermally Thick (Термально товстий шар) або опція General ( узагальнена)). У COMSOL Multiphysics® 5.2a інтерфейси групи Thin Structure (Тонка структура) були оновлені з тим, щоб інструменти випромінювання типу «поверхню - поверхню» - Diffuse Surface (розсіюючої поверхню), Diffuse Mirror (розсіюючої дзеркальна поверхня) або Prescribed Radiosity (Встановлене дифузне відображення ) - могли використовувати температуру поверхні тонкої структури з боку випускання випромінювання. Значення температури поверхні використовується, наприклад, для визначення випромінювальної потужності поверхні, яка розраховується на основі закону Планка.

Бібліотека матеріалів Bioheat (Біологічний нагрів)

Зміст бібліотеки Bioheat (Біологічний нагрів) було доповнено наступними матеріалами:

• Liver (porcine) (Печінка (свиняча))
• Lung (Легке)
  • Myocardium (human) (Міокард (людський))
• Myocardium (porcine) (Міокард (свинячий))
• Renal cortex (Корковаречовина нирки)
• Renal medulla (мочеотводящих зона нирки)
• Spleen (Селезінка)

Майже для всіх представлених матеріалів температурно-залежні характеристики обчислюються за допомогою лінійних або поліноміальних значень; для інших матеріалів вказані постійні значення. Крім того, були змінені характеристики матеріалу Prostate (Простата).

Новий додаток: Inline Induction Heater (точніше індукційній нагрівачі)

Популярність феритного нержавіючіх сталей в харчовій промісловості продолжает зростаті Завдяк їх відносно невісокою и стабільною ціною и відсутності в складі нікелю. Їх корозійна стійкість може бути поліпшена додаванням хрому або молібдену, а наявність магнітних характеристик дозволяє використовувати нові методи в виробництві продуктів харчування.

Додаток Inline Induction Heater (Поточний індукційний нагрівач) обчислює ККД пристроїв магнітної індукції для підігріву рідких харчових продуктів, що проходять через кілька труб з феритної нержавіючої сталі. Кільцева електромагнітна котушка намотана на комплект труб, по якому протікає і підігрівається потік рідких харчових продуктів. Магнітне поле, що виникає в результаті проходження струму через котушку, створює вихрові струми, відповідальні за індуктивний нагрів. Потім тепло передається рідини внаслідок теплопровідності.

За допомогою цього додатка ви зможете досліджувати різні конфігурації набору труб, змінюючи їх кількість, довжину, товщину і матеріал, з якого вони виготовлені. Також ви можете налаштувати котушку, задавши кількість витків, калібр дроту, щільність струму і частоту збудження. Для оптимізації конструкції нагрівача додаток відображає значення загальної максимальної температури рідини, мінімальної температури на випуску, профілю середньої температури на випуск і теплового ККД нагрівача.

Шлях в Бібліотеці додатків:

Heat_Transfer_Module / Applications / inline_induction_heater

Відображення температури і щільності магнітного потоку в інтерфейсі додатка Inline Induction Heat (Поточний індукційний нагрівач).

Відображення температури і щільності магнітного потоку в інтерфейсі додатка Inline Induction Heat (Поточний індукційний нагрівач).

Оновлена ​​навчальна модель: Evaporation in Porous Media with Large Evaporation Rates (Випаровування в пористих середовищах з високою інтенсивністю)

Випаровування в пористих середовищах є одним з важливих процесів в харчовій і паперової промисловості. Він вимагає обліку безлічі фізичних явищ: потоку рідини, теплопередачі і перенесення беруть участь рідин і газів. Всі ці явища міцно пов'язані, і для їх моделювання в модулі Теплопередача можна використовувати інтерфейси із заданим набором характеристик.

Дана навчальна модель описує довільний випадок висихання пористого об'єкта під впливом ламинарного потоку повітря. На впуску повітря сухе, але вміст вологи в ньому збільшується в міру проходження крізь пористе середовище. Дана модель розглядає додаткові кроки, необхідні для створення мультіфазную потоку в пористих середовищах спільно з процесом переходу рідини в газоподібний стан за допомогою випаровування. Величина водонасичення пористого середовища розраховується в динаміці.

Шлях в Бібліотеці додатків:

Heat_Transfer_Module / Phase_Change / evaporation_porous_media_large_rate

Профіль відносної вологості, створюваної вологою пористої середовищем в сухому потоці.