Thermische Analyse von Temperaturfeldern und Wärmeströmen.

Temperaturfelder

Mit Hilfe einer thermischen Analyse können Temperaturfelder und Wärmeströme bestimmt werden. Hierbei können Wärmeleitung, Wärmeübergang (Konvektion), Wärmestrahlung sowie Wärmekapazitäten berücksichtigt werden.

Problemstellungen zur Berechnungen von Temperaturfeldern und Wärmeübertragung können mit einer Finiten-Elemente-Analyse oder mit einer CFD-Analyse berechnet werden. Der Unterschied der beiden Methoden ist, dass bei einer Strömungsanalyse neben den Festkörpern auch der Strömungsraum berücksichtigt werden kann. Dadurch können bei einer CFD-Analyse der Massentransport und die sich einstellende Wärmeübergangszahlen realitätsnah bestimmt werden. Bei einer Finiten-Elemente-Analyse hingegen können ausschließlich Festkörper abgebildet werden, Wärmeübergangszahlen müssen hier im Vorfeld bekannt sein oder analytisch bestimmt werden. Der Vorteil einer Finiten-Elemente-Analyse gegenüber einer CFD-Analyse ist der geringere Modellierungsaufwand und die geringeren Rechenzeiten.

Mit Hilfe einer gekoppelten thermisch-mechanischen Analyse (Mulitphysics) können die aus dem Temperaturfeld resultierenden thermo-mechanischen Spannungen bestimmt werden.
 

Stationäre Temperaturfelder

Bei einem stationären Problem ist das Temperaturfeld unabhängig von der Zeit. Dies entspricht dem stationären Endzustand von Komponenten, z.B. im Dauerbetrieb. Typische Beispiele für stationäre Temperaturfeldberechnungen sind: Flüssiggastanks, formgebende Werkzeuge, Messgeräte, Wärmetauscher.


Sicherung eines Kraftfahrzeugs
Sicherung eines Kraftfahrzeugs
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Transiente Temperaturfelder

Eine transiente Temperaturfeldberechnung berücksichtigt einen zeitlichen Verlauf der Temperaturen. Die Änderung der Temperatur kann z.B. durch einen Aufheizvorgang oder durch Variation der Randbedingungen resultieren. Die vom Bauteil gespeicherte oder abgegebene Wärme (Wärmekapazität) wird bei der Analyse berücksichtigt. Die hieraus resultierende, zeitabhängige mechanische Belastung kann durch eine thermischmechanisch gekoppelte Analyse (Multiphysics) bestimmt werden. Typische Beispiele für transiente Temperaturfeldberechnungen sind: An- und Abfahrvorgänge von Motoren, Wärmetauschern und Kesseln.

 

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