Wärmebrücken & Dampfdiffusionsbrücken Programm AnTherm Version 6.115 - 8.133 

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Stromlinien (Steuerungspaneel)

Die Steuerungspaneel Stromlinien dient zur Vergabe der Parameter der Darstellung der Stromlinien.

Stromlinie zeigt Wärmestromlinie des Wärmeflusses (denke: verfolgen des Wärmestromes) durch einen beliebig ausgewählten Punkt der Konstruktion. Für 2D-Projekte werden die Stromlinien durch die Punkte erstellt, welche der Raumkante eines Raumes liegen.

Beim Vorliegen der Lösung der Dampfdiffusion kann alternativ die Strömung der Dampfdiffusion mit dieser Auswertung grafisch verfolgt werden.

Die Funktion wird anhand der berechneten Werte der Wärmestromdichtevektoren (bzw. Dampfdiffusionsstromdichtevektoren) an allen Knotenpunkten des Simulationsrasters erstellt – diese stehen nur zur Verfügung, wenn auch diese Sekundärfunktion ermittelt wurde (in Allgemein die Sekundärfunktionen aktiviert!). Wenn keine Vektorfelddaten vorliegen wird eine Meldung im Tooltip des Paneelreiters angezeigt.

Die Stromlinie wird im aktiven Vektorfeld mit dem Runge-Kutta Verfahren errechnet.

Die Stromlinie (die immer unabhängig von der aktiven Funktion das aktive Vektorfeld befolgt) wird Farbig dargestellt. Die Einfärbung entspricht der aktiven Funktion (Temperatur oder Wärmestromdichte usw.) die in der Steuerungspaneel Allgemein eingestellt wird und der gewählten Farbtabelle.

Stromlinie durch ein Probepunkt (Schnitt X/Y/Z)

Die Lage des Startpunktes für das berechnen der Stromlinie wird durch den Schnittpunkt der drei Schnittflächen Schnitt-X / Schnitt-Y / Schnitt-Z bestimmt. Eindrucksvolle Visualisierungen können durch interaktives verschieben des Startpunktes erhalten werden.

Daraus folgt, das die Schnittflächen X,Y,Z den wesentlichen Teil der Parameter dieser Auswertung auch darstellen (auch wenn diese selbst weder aktiv noch sichtbar sein müssen).

Stromlinien in äquidistanten Intervallen des Wärmestroms von der Raumkante im 2D Fall

Für die 2-Dimensionalen Modelle können Stromlinien automatisch von jedem Raum in gleichen Intervallen des Wärmestromes gestartet werden. Die Funktion ist nur für 2D-Projekte möglich.

Wichtig: Die Stromlinien werden auf der Ebene des Schnittes Z gezeichnet welche muss aktiv sein (auch wenn völlig durchsichtig, transparent angezeigt)!

Im Reiter "Stromlinie" ist die Option "Starten an ... Raumkante" zu wählen, dann der Name des Raumes von welchem die Stromlinien gezeichnet werden und die Zahl der Intervalle in welche der Strom dieser Raumkante aufgeteilt wird. Das Programm berechnet den Wärme-(bzw. Dampf-) Strom von/zu dem Raum, unterteil diesen in die angegebene Zahl der Intervalle und zeichnet zu jedem Startwert der Stromfunktion die Stromlinie.

Diese Auswertung ist für 2D Projekte möglich bzw. für alle Projekttypen, wenn die Konstruktion in der Z-Richtung völlig homogen ist und keine Raumanschlüsse in dieser Richtung existieren.

Ob diese Variante der Auswertung von Stromlinien tatsächlich möglich ist, sehen Sie im Steuerungspaneel „Stromlinie“ des „Ergebnisse 3D“ Fensters. Wenn die Wahloption „Start an: Raumkante“ ausgeblendet ist, ist diese Auswertung im Kontext der vorliegenden Berechnungsergebnisse / des Modells nicht möglich.

 

Aktiv, Opak, Einfärben Entscheiden über die Sichtbarkeit, Einfärbung bzw. Transparenz der Stromlinie
Integrations-schrittfaktor Ein Faktor der für die Berechnung der "Länge" des Minimalwertes eines Iterationsschrittes des Runge-Kutta Verfahrens benutzt wird.

Je kleiner diese Zahl ist, desto mehr Schritte innerhalb einer jeden Feinrasterzelle in dem Runge-Kutta Verfahren durchgeführt werden.
Je mehr solcher Schritte (also: je kleiner diese Zahl) desto glatter verläuft die Darstellung der Stromlinie.  Je wenige Schritte pro Zelle desto "eckiger" und ungenauer die Stromliniendarstellung.

Diese Zahl beeinflusst auch die minimale Entfernung auf die sich eine Stromlinie der Bauteiloberfläche nähern kann.

Voreinstellung: 0.1 mm

Maximale Propagationslänge Die Zahl beeinflusst die Anzahl der Schritte die in dem Runge-Kutta Verfahren von dem Startpunkt weg gelegt werden bis das Verfahren, und damit das Verfolgen des Strömungsfeldes abgebrochen wird.

Diese Zahl ist insofern sehr wichtig, dass es die höchstzulässige Gesamtlänge einer jeden Stromlinie in Millimeter bestimmt.

Je größer die notwendige Propagationslänge ist, desto größer die gegebenenfalls für die Berechnung der Stromlinie erforderliche Rechenzeit.

Abbruchstromdichte Diese Zahl legt fest den Betrag der Strömungsdichte (des Betrages des Stromdichtevektors) unterhalb welchen die Verfolgung der Strömung durch das Runge-Kutta Verfahren abgebrochen (also nicht weiter verfolgt) wird.

Voreinstellung: 0

Tubusradius Die Stromlinie wird als Tubus (Rohr) rund um die verfolgte Strömung dargestellt um die Linie prägnanter in der Auswertungsdarstellung zu machen. Der Tubusradius ist in den Einheiten des Koordinatensystem anzugeben - d.h. Millimeter.

Wird Tubusradius = 0 gesetzt, wird lediglich die Linie dargestellt.

Voreinstellung: Der Initialradius von der Tube wird anhand der mittleren Ausdehnung der Bauteilkonstruktion berechnet (1/200-stel davon).

Anmerkung: Die Zahl der Seiten der Tubusdarstellung kann in den Programmeinstellungen verändert werden.

Start An:
  • ProbeX/Y/Z
  • Raumkante
Die Lage des Punktes wird entweder durch den Schnittpunkt der drei Schnittflächen SliceX/SliceY/SliceZ bestimmt oder, für die 2-Dimensionalen Modelle, können Stromlinien automatisch von jedem Raum in gleichen Intervallen des Wärmestromes gestartet werden.
Anmerkung: Die "Start an Raumkante"-Option steht nur für 2D-Projekte zur Verfügung.
Raumkante
 
Der Name des Raumes von welchem die Stromlinien gezeichnet werden sollen
# Interv. Die Zahl der Intervalle in welche die Werte der Stromfunktion der gewählten Raumkante aufgeteilt werden sollen.
Achtung: Eine große Zahl der Stromlinien benötigt u.U. sehr viel Speicher. Es empfiehlt sich den Tubusradius auf 0 zu setzen.
Achtung: Fließt Wärme zu und (in anderem Bereich der Kante) aus dem Raum wird jeweils der größere Betrag für die Aufteilung in die Intervalle genommen. Die Trennlinie(n) der Zu/Abwärme können bei einer Teilung in 1 Intervall sichtbar gemacht werden.

 

Bemerkung: Da die Stromlinien "in dem Bauteil" liegen empfiehlt es sich die Darstellung der Oberfläche entweder abzuschalten oder die Oberfläche teils Transparent (also nicht Opak) bzw. als Drahtmodel darzustellen. Gleiches gilt auch für die Sichtbarkeit der Schnittflächen X,Y,Z (legt den Startpunkt der Strömungsverfolgung fest) welche teiltransparent oder völlig durchsichtig (Opazität = 0) gesetzt werden sollten.
Der Reiter des Paneels wird eine Meldung in seinem Tooltip anzeigen wenn die im Inneren des Bauteils angezeigten Objekte durch die Oberfläche verdeckt werden.

Bemerkung: Wird die Oberflächengrenzfeuchte als aktive Funktion in der Paneele Allgemein gewählt, wird die Stromlinie grau gefärbt, da die Funktion der Grenzfeuchte nur an der Bauteiloberfläche existiert.

Bemerkung: Die aktuelle Implementierung zur Lösung des hier gestellten Anfangsproblems benutzt das Runge-Kutta Verfahren vierter Ordnung mit adaptiver Schrittweiten-Steuerung. Als Randbedingung der Schrittweiten-Steuerung wird der kleinste, numerisch noch stabile, Fehlerwert eingesetzt (epsilon = 10-17) und kann vom Benutzer nicht beeinflusst werden.
Die Initial- und Minimalschrittweiten werden vom Benutzer bestimmt (Integrationsschrittfaktor). Die minimale Schrittweite entspricht der Einstellung des Parameters (Voreinstellung 0.1 mm). Die Initialschrittweite ist das 100-fache davon. Die maximale Schrittweite das 10000-fache.
Die Maximale-Propagationslänge drückt die Länge der resultierenden Stromlinie in Millimeter aus.

Bemerkung: Um die Leistungsfähigkeit der heute typischen Hardware nicht zu überschreiten (vor allem Speicherbedarf) gelten folgende Einschränkungen welche automatisch geprüft und angewendet werden:

  • Die Darstellung der Stromlinien als Tubus wird unterbunden (und alle Stromlinien nur als Linien dargestellt) wenn für alle Stromlinien zusammengenommen insgesamt mehr als 1.6 millionen Knotenpunkte für die Tubusdarstellung erforderlich wären (d.h. Anzahl der Segmente < 1.6Mio/ZahlDerTubusSeiten).

  • Ebenfalls erfolgt keine Tubusdarstellung der Stromlinien wenn irgendein Teil einer Stromlinie alleine die Maximalzahl der Segmente von 100.000 überschreitet - die jeweilige überlange Stromlinie, dann auch nur als Linien dargestellt, erscheint abgebrochen. Dies gilt für beiden Teile (Vorwärts, Rückwärts) einer jeden Stromlinie voneinander unabhängig.

 

Bemerkung: Start an – Probe X/Y/Z: Eine Stromlinie wird von dem Schnittpunkt der Schnittebenen X/Y/Z weg erstellt. Der Schnittpunkt muss sich im Modell befinden.
Liegt der Schnittpunkt X/Y/Z (wir nennen diesen auch Probepunkt) zu nah an der Bauteiloberfläche kann es vorkommen, dass keine Stromlinie gezeichnet wird. Sollte dieser (seltener) Fall eintreten ist es notwendig den Startpunkt etwa um eine halbe Startdicke des Feinrasters in die Konstruktion zu versetzen (typischerweise ist das 0.5mm oder 1mm).

Bemerkung: Start An – Raumkante: Es werden mehrere Stromlinien von der Raumkante des gewählten Raumes gezeichnet. Das Programm berechnet die Summe des Wärmestromes welches in den Raum einfließt und die Summe der von dem Raum abfließenden Wärmestroms (für Außenraum bzw. im Zwei-Raum-Fall ohne Wärmequellen ist eine davon immer 0). Die Betragsmäßig größere Summe wird in die angegebene Zahl der Intervalle eingeteilt (maximal 200, also zu je 0.5% des jeweiligen Wärmestroms). Erneut berechnet das Programm entlang der Raumkante die Stromfunktionswerte und setzt an den Stellen wo diese mit den Intervallgrenzwerten zusammenfallen (Interpoliert) die Startpunkte der Stromlinien. Um den Start einer jeden Stromlinie zu gewährleisten wird jedes Startpunkt in die Konstruktion etwa um die Hälfte der Dicke der zutreffenden Oberflächenzelle hineinversetzt (typischerweise sind dies 0.5mm oder 1mm).

 

Siehe auch: Ergebnis 3D Fenster, Aktiv (Einstellung), Opak und Opazität (Einstellung), Einfärben (Einstellung), Körper oder Drahtmodell (Einstellung), Allgemein (Steuerungspaneel), Aktive Funktion, Isolinien (Isothermen), Schnitt X,Y,Z (Steuerungspaneel), Oberfläche (Steuerungspaneel), Vektoren (HedgeHog, Vektorpfeile) (Steuerungspaneel)


 Wärmebrücken in 2D und 3D berechnen und untersuchen mit AnTherm®  

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2017-03-22 12:04 +0100