Конструкция с воздушными полостями

Можно ли использовать Temper-3D для расчёта конструкций с замкнутыми воздушными прослойками в кирпичной стене (граничные условия — на рисунке ниже)? Если нет, посоветуйте, как разбить модель на расчётные участки, чтобы с наименьшими погрешностями рассчитать температурные поля?

Рисунок к вопросу

Коэффициент теплоотдачи

Область с температурой +160°C — это дымовой канал, то есть пустота, и область с −20°C — тоже пустота. Здесь важна не столько заданная температура, сколько коэффициент теплоотдачи — он, вероятно, лежит в интервале от 8 до 15 (вариация значений в этом диапазоне не слишком существенна), но для точного определения нужно обращаться к теории критериев подобия (критерий Нуссельта, а для естественного воздухообмена — критерий Грасгофа); подробнее — в «Теории теплопроводности» Лыкова.

Почему нельзя просто взять половину

Программу можно было бы упростить, взяв только верхнюю половину конструкции, но здесь это не подойдёт: отсечение по оси симметрии должно совпадать не только по геометрии, но и по характеристикам материалов и граничным условиям, а условия здесь не симметричны (сверху −24°C, снизу +18°C).

Многосвязанная область: как разбить

Прежняя версия. Разбор выполнен в прежней версии программы (2013); в действующей 6.14.04 вид окон и порядок действий отличаются, но методика расчёта та же — актуальное описание программы в разделе «Программа».

Программа не позволяет использовать многосвязанные области (с «дыркой») в одной подконструкции — но это не значит, что такой расчёт невозможен. Можно рассчитать даже куб с внутренней полостью (например, тоже кубом); проблема лишь в том, что «заглянуть» внутрь для задания граничных условий будет нельзя — полость останется закрашенной цветом по умолчанию, поэтому для этого цвета заранее стоит задать не нулевые, а нужные параметры.

Разбить многосвязанную конструкцию можно несколькими подконструкциями, которые затем собираются через «Сохранить объём» (по аналогии с конструктором из кубиков — можно представить всё параллелепипедами, можно проще). Пример:

Зайти в «Установку параметров» и выставить режим просмотра lbpv=0 (не обязательно, но без этого изображение в режиме просмотра будет не совсем корректным — по клавише «9» всё равно видно правильно), см. рис. 1.

Рис. 1 Устанавливаем режим просмотра lbpv=0

Установить угол поворота Alfa=45 (можно оставить 5 градусов по умолчанию, но тогда вращение будет медленным), см. рис. 2.

Рис. 2 Устанавливаем угол поворота Alfa=45

Создать файл, например с именем lego, и три объекта в нём, см. рис. 3, затем собрать подконструкцию, указав порядок обхода, см. рис. 4.

Рис. 3 Создаем три объекта — Рис. 3 Создаём три объекта

Рис. 4 Собираем подконструкцию, указав порядок обхода

Создать вторую подконструкцию, см. рис. 5.

Рис. 5 Создаем вторую подконструкцию — Рис. 5 Создаём вторую подконструкцию

Сохранить последовательно сначала первую, потом вторую подконструкцию, задав, например, один слой элементов, а высоту (аппликату) в обоих случаях — 100–0.
В «Просмотреть» повернуть конструкцию и убедиться, что «дырка» готова, см. рис. 6. При необходимости можно добавить ещё несколько «дырок», а дальше работать с этой областью как обычно.

Нельзя в одной подконструкции создавать не соприкасающиеся между собой объекты — объекты должны соприкасаться хотя бы по части одной стороны.

Если нужно, полость можно с двух сторон (сверху и снизу) закрыть «крышками» и получить «дырку» внутри — но задать граничные условия там уже не получится, туда нельзя будет заглянуть.

На рисунке ниже — температурное поле такой многосвязанной области; как видно, симметрии в нём нет.

Рис.7 Температурное поле многосвязанной области — Рис. 7 Температурное поле многосвязанной области

Живой разбор: коэффициент теплоотдачи для дымового канала

Под этим разбором в 2013 году завязалась переписка о том, насколько точно нужно знать коэффициент теплоотдачи в дымовом канале.

В дымовом канале скорость вследствие тяги значительная, думаю, коэффициент теплоотдачи будет существенно больше 15-ти…

— читатель lovial, 19 июля 2013

Автор ответил 22 июля 2013:

Коэффициент теплоотдачи 8,7 — это внутри помещения, когда отсутствует «ветер». Коэффициент теплоотдачи 23 — это уже снаружи помещения при скорости ветра около 10 м/с. Внутри дымового канала скорость может быть как низкой (коптильный цех), так и высокой (топка газовой печи); при скорости дымовых газов более 10 м/с коэффициент теплоотдачи может быть значителен — более 25 и выше, коэффициент 8…15 соответствует невысокой скорости, а 35 и более — тоже вполне возможное значение.

Рекомендую производить расчёты при разных значениях коэффициента — как показывает опыт, его изменение в пределах 20–30 % не ведёт к значительному изменению характера температурного поля, поэтому рассчитывать коэффициент теплоотдачи с точностью до 1 % не требуется, вполне устроит 30 %. Для точного расчёта коэффициента теплоотдачи нужно использовать критериальные подобия Re, Nu и Gr.

— Федоров С. В., 22 июля 2013