Чем расчет по формулам отличается от CFD?

Формулы дают средние величины, например общий коэффициент теплопередачи или потери напора на участке. CFD показывает поле скоростей и температур в каждой точке, и это нужно, когда геометрия сложная или важно, где именно перегрев. Что нужно в вашей работе, видно по заданию

Можно посчитать остывание бетона в зимних условиях?

Да. Наружная температура, ветер, опалубка и утеплитель задаются через теплоотдачу на поверхностях, тепло цемента внутренним источником. По результату видно, успевает ли бетон набрать прочность до замерзания и какой перепад температур между центром и поверхностью

Нужна ли программа для теплотехнического расчета стены?

Обычно нет, стену по слоям считают по формулам, и многие кафедры хотят видеть именно ручной расчет. Если в стене есть мостики холода и нужно приведенное сопротивление с их учетом, удобнее численная модель

Вы сделаете гидравлический расчет тепловой сети к диплому?

Да. Считаю потери напора по участкам, подбираю диаметры, строю пьезометрический график, если он нужен, и подбираю насос. Данные беру те же, что в остальных разделах диплома

Какую модель турбулентности выбрать во Fluent?

Для течений в трубах и каналах чаще берут k-epsilon, для течений с отрывом и теплообменом у стенки k-omega SST. Если в методичке модель задана, использую ее, если нет, выбираю по задаче и обосновываю выбор в записке

Можно ли посчитать теплообменник и подобрать его по каталогу?

Можно. Делаю тепловой и гидравлический расчет аппарата, получаю требуемую площадь поверхности и потери давления, затем подбираю типоразмер по каталогу производителя, который указан в задании или методичке

Тепловые и гидравлические расчеты, CFD-моделирование

Тепловой расчет нужен теплоэнергетикам, строителям, механикам и технологам, и выглядит он у всех по-разному. У строителя это теплозащита стены и теплопотери здания, у теплоэнергетика теплообменник или котел, у механика нагрев узла машины. Гидравлика обычно идет рядом с теплом, потому что теплоноситель надо прокачать по трубам, и для этого считают потери давления.

Я считаю такие задачи двумя путями, по инженерным формулам и численно, когда формул не хватает или задание просит моделирование. Из последних заказов был нестационарный тепловой расчет бетонной конструкции, которая остывает после укладки и одновременно греется теплом твердеющего цемента. Пишу и пояснительную записку с расчетом, оформленную по методичке.

Какие тепловые и гидравлические задачи считаю

Большая часть заданий укладывается в несколько типовых постановок. Часть из них решается вручную по формулам с таблицами, часть требует численного расчета.

Теплотехнический расчет ограждающей конструкции, приведенное сопротивление теплопередаче, толщина утеплителя, проверка на конденсацию
Теплопотери помещений и здания, подбор отопительных приборов
Тепловой расчет теплообменного аппарата, кожухотрубного или пластинчатого, площадь поверхности и коэффициент теплопередачи
Гидравлический расчет трубопровода или тепловой сети, потери напора, подбор диаметров и насоса
Нестационарная теплопроводность, нагрев и остывание тел, в том числе бетонного массива
Охлаждение электронных компонентов и радиаторов
CFD-моделирование течения в канале, вокруг тела, в помещении с вентиляцией

Расчет по инженерным формулам

Для стенки из нескольких слоев сопротивление теплопередаче складывается из сопротивлений слоев и сопротивлений теплообмену у внутренней и наружной поверхности. Теплопроводность материалов беру из задания или из справочных таблиц нормативов, расчетные температуры воздуха по климату района строительства. Если задание требует, строю распределение температуры по толщине и проверяю, где в стене окажется плоскость возможной конденсации.

В теплообменнике тепловой баланс связывает расходы и температуры теплоносителей, а площадь поверхности находится через коэффициент теплопередачи и среднелогарифмический температурный напор. Коэффициенты теплоотдачи с каждой стороны считаю через критерии Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта по формулам, которые дает методичка для своего режима течения.

В гидравлике потери по длине трубы считаю по формуле Дарси-Вейсбаха, коэффициент трения беру по режиму течения и шероховатости стенки, местные потери на поворотах, тройниках и арматуре через коэффициенты местного сопротивления. Сумма потерь дает требуемый напор насоса, а характеристика сети вместе с характеристикой насоса дает рабочую точку.

Численный расчет и CFD

Когда геометрия сложная, свойства меняются с температурой или важен процесс во времени, перехожу к численной модели. Теплопроводность в твердых телах считаю методом конечных элементов в ANSYS, COMSOL или Abaqus. Течения и теплообмен в потоке считаю во Fluent или в COMSOL, это и называют CFD. Одномерные задачи, например прогрев плоской стенки, решаю конечными разностями в Python, MATLAB или Mathcad, если кафедра просит показать сам численный метод.

В CFD-модели самое важное расчетная область и сетка. Сетку у стенок делаю с призматическими слоями, чтобы описать пограничный слой, и проверяю безразмерное расстояние до стенки для выбранной модели турбулентности. Условия на входе и выходе задаю так, чтобы они не влияли на интересующую зону, для этого расчетную область иногда удлиняю.

В нестационарной тепловой задаче к теплопроводности добавляются плотность и теплоемкость, начальная температура и шаг по времени. Для бетона еще внутренний источник тепла от гидратации цемента, который убывает по мере твердения. Результат показываю как поле температур в несколько моментов и графики температуры в характерных точках.

Хотите понять, сколько будет стоить тепловой или гидравлический расчет? Пришлите задание, я посмотрю и назову цену. Написать в Telegram

Как проверяю результат

В тепловой задаче первая проверка это баланс. Тепло, которое вошло в систему, должно совпасть с тем, что ушло, с точностью до накопленного в ней. В гидравлике сверяю расход в узлах сети и проверяю, что скорость в трубах лежит в рекомендуемых пределах.

Численную модель сравниваю с ручным расчетом на упрощенной постановке, например стенку без мостиков холода или течение в гладкой трубе с известным коэффициентом трения. Сходимость по сетке показываю таблицей, в которой контрольная величина почти перестает меняться при измельчении сетки.

Что идет в пояснительную записку

Состав записки зависит от методички, обычно в ней есть такие части.

Исходные данные, климатические параметры, свойства теплоносителей и материалов
Расчетная схема конструкции, аппарата или сети
Расчет по формулам с подстановкой чисел и единицами измерения
Описание численной модели, граничные условия, сетка и сходимость, если модель есть
Поля температур, давлений и скоростей, графики и сводные таблицы
Подбор оборудования или толщины утеплителя и проверка по нормам
Выводы, список литературы и оформление по ГОСТ

Что вы получаете

Расчет по формулам с подстановкой и единицами, в Word, Excel или Mathcad, как требует кафедра
Файл численной модели, если она есть, для вашей версии программы
Картинки полей и графики для записки и презентации
Пояснительную записку с исходными данными, расчетом, проверкой и выводами
Пояснения по ходу расчета, чтобы на защите было понятно, откуда взялось каждое число

Что прислать для оценки

Задание с исходными данными, температурами, расходами, размерами или схемой сети
Методичку и список нормативов, на которые ссылается кафедра
Программу, в которой нужен расчет, и ее версию, если расчет численный
Район строительства, если это теплотехника здания
Замечания преподавателя, если работа уже возвращалась

Сколько стоит тепловой или гидравлический расчет

Цена индивидуальная, называю ее после того, как посмотрю задание. На нее влияет, хватает ли расчета по формулам или нужна численная модель, стационарная задача или процесс во времени и сколько вариантов нужно посчитать. Оценка бесплатная.

Прислать задание в Telegram Написать в MAX

Что спрашивают про тепловые и гидравлические расчеты

Чем расчет по формулам отличается от CFD?: Формулы дают средние величины, например общий коэффициент теплопередачи или потери напора на участке. CFD показывает поле скоростей и температур в каждой точке, и это нужно, когда геометрия сложная или важно, где именно перегрев. Что нужно в вашей работе, видно по заданию
Можно посчитать остывание бетона в зимних условиях?: Да. Наружная температура, ветер, опалубка и утеплитель задаются через теплоотдачу на поверхностях, тепло цемента внутренним источником. По результату видно, успевает ли бетон набрать прочность до замерзания и какой перепад температур между центром и поверхностью
Нужна ли программа для теплотехнического расчета стены?: Обычно нет, стену по слоям считают по формулам, и многие кафедры хотят видеть именно ручной расчет. Если в стене есть мостики холода и нужно приведенное сопротивление с их учетом, удобнее численная модель
Сколько стоит тепловой или гидравлический расчет?: Цену называю после того, как посмотрю задание. Пришлите задание и методичку, оценка бесплатная
Вы сделаете гидравлический расчет тепловой сети к диплому?: Да. Считаю потери напора по участкам, подбираю диаметры, строю пьезометрический график, если он нужен, и подбираю насос. Данные беру те же, что в остальных разделах диплома
Какую модель турбулентности выбрать во Fluent?: Для течений в трубах и каналах чаще берут k-epsilon, для течений с отрывом и теплообменом у стенки k-omega SST. Если в методичке модель задана, использую ее, если нет, выбираю по задаче и обосновываю выбор в записке
Можно ли посчитать теплообменник и подобрать его по каталогу?: Можно. Делаю тепловой и гидравлический расчет аппарата, получаю требуемую площадь поверхности и потери давления, затем подбираю типоразмер по каталогу производителя, который указан в задании или методичке

Если вашего вопроса здесь нет, задайте его мне, отвечаю в любое время. Спросить в Telegram