例題9 無限平板の非定常熱伝導解析(熱伝達問題) | |
出典:西川兼康,藤田恭伸:「機械工学基礎講座 伝熱学」,理工学社,p.56-58 | |
2次元/非定常/線形/問題 節点数:451 要素数:800 (三角形1次要素) 時間増分値 0.5 [sec]/完全陰解法 | |
境界条件 連続境界条件(断熱境界条件):領域左端( X = 0.00 ),上端( Y = 0.05 ),下端( Y = 0.00 ) 熱伝達境界条件:右端( X = 0.05 ) 外部流体温度 100 [℃] 熱伝達率 760.0 [ W / m2℃ ] |
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物性値:熱伝導率:76.0 [ W / m℃ ] 比熱:462.0 [ J / kg℃ ],密度:7870.0 [ kg / m3 ] |
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寸法:L1 = 0.10 [m] L2 = 0.05 [mm] | |
解析モデル ( 1/4モデル ) | |
図 1 に示すような,初期温度が 20 [℃] 一様である Y 方向に無限に長い平板を考えます。 図 1 解析モデル |
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本例題の場合,解析モデルが原点に関して対称であるので,計算モデルは x = 0 および y = 0 の
境界に対称境界条件を設定することで 1/4 モデルに簡略化することができます。
図 2 解析モデル |
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計算結果 温度分布 | |
温度分布グラフ |
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本例題は,x 方向にのみ温度分布が変化する 1 次元問題です.本例題の解析解(*)は次の式で与えられます. | |
■平板内の温度 ここで, 熱伝達率を α [ W / m2℃ ] とすると,ビオー数 B が次式で定義されます。 ビオー数に応じて Mn が決定されますが,その値は文献に掲載されています。
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図 3 X [m] における温度分布 |
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数値データ | |
表1-3に数値データを示します。 | |
表1 10[sec]における温度分布の理論解と計算値 表2 30[sec]における温度分布の理論解と計算値 表3 60[sec]における温度分布の理論解と計算値 |
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