파이프 열해석 (Thermal Analysis of a Pipe)
외기온도 25도에 노출되어 있고, 내부에는 150도의 유체가 흐르는 Steel Pipe의 열해석을 통해 외측면의 최대 온도와 최대 온도까지 도달하는데 소요되는 시간을 예측할 수 있습니다.
이 때, 두 종류의 열해석을 수행할 수 있는데 그 중 하나는 파이프의 외측면에 발생하는 최대 온도를 검토하기 위한 정상상태 (Steady state) 열해석 이고, 다른 하나는 파이프 내부에 유체가 유입된 후 파이프 외측면이 최대 온도에 도달하는데 소요되는 시간을 예측하기 위한 과도열전달해석(Transient Thermal Analysis) 해석입니다.
열 에너지의 전도, 대류, 복사의 세 가지 전달 방법 중 전도는 재료특성의 변수로 정의되고 대류와 복사는 온도 하중을 정의할 때, 외기 온도 및 환경 변수 등을 통해 정의됩니다. 본 예제에서 복사의 효과는 무시합니다.
해석대상 Pipe의 제원은 다음과 같습니다.
– Pipe 내경 : 0.2m
– Pipe 두께 : 0.05m
Mesh 구성
구성한 Pipe 단면에 Plane Field 요소를 적용합니다.
기하특성 및 재료특성의 정의는 생략합니다.
온도하중
- 외부 온도하중
Attributes> Loading…
Environmental Temperature를 선택합니다. 온도는 25℃ 대류 열 전달 계수는 500, 복사 열전달 계수는 0을 입력합니다. Pipe의 바깥쪽 line을 모두 선택하고 정의한 하중을 적용합니다.
- 내부 온도하중
Pipe 내부를 따라 Oil(150℃)이 이동하면서 열이 발생합니다. 이 열은 항상 일정한 온도를 유지하기 때문에 Prescribed temperature를 이용하여 정의합니다. 정의한 온도하중을 내부 line을 선택하고 적용합니다.
정상상태 온도해석(Steady State Aanlysis)
모델을 저장하고 해석을 수행합니다.
온도 분포 Contour(Potential, PHI)를 확인하면 다음과 같습니다.
과도열전달해석 (Transient Thermal Analysis)
위의 해석모델을 다른이름으로 저장합니다.
Loadcase1의 Nonlinear Control의 정의
Treeview/Analyses 탭에서 Loadcase1에 적용된 Oil Temperature를 Deassign 합니다.
Treeview/ analyses 탭의 Loadcase1에서 Nonlinear Control을 다음과 같이 정의합니다.
Loadcase2의 Transient Analysis 설정
Loadcase2에 외부온도하중과 내부 온도하중을 적용합니다.
Loadcase2에서 Nonlinear control을 설정합니다.
모델을 저장하고 해석을 수행합니다.
열해석 그래프
Pipe 바깥쪽의 절점을 다음과 같이 선택합니다.
Utilities>Graph Wizard 를 실행하고 Time History , X축은 Response time, Y축은 온도(Potential / PHI)에 대한 그래프를 출력합니다.
시간에 다른 온도변화를 확인할 수 있습니다.
