Waermeleitfaehigkeitskoeffizient

[FEMartin]

Hallo FE Anwender- und Supportgemeinde,

ich habe gerade ein paar berechnungen zur Validierung eines analytisch gelösten Wärmeleitungsproblems durchgeführt. Das einheitenfreie Rechnen funktioniert dabei von Randbedingungen bis zu den Ergebnissen wie gewohnt einwandfrei, jedoch führte ein Blick in die Materialdatenbank zwecks Parametervergleich zu allgemeiner Verwirrung meinerseits.

Ist der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit in der Materialdatenbank in der Einheit [kW/(m*K)] oder [W/(mm*K)] angegeben? Die dort angezeigten Werte liegen beispielsweise für Stahl im Bereich um 0,02 bis 0,05, wo ich Werte um 20 bis 50 W/(m*K) erwartet habe. Passen würde es ja:

50 W/(m*K) = 0,05 kW/(m*K) = 0,05 W/(mm*K).

Wie gesagt, die Eingabe von Wärmeströmen in Watt führte zu plausiblen Temperaturen in Kelvin bei verwendung entsprechender Längenmaße in Metern. Erst die Kontrolle des Parameters ist das was nicht passt.

Ist demnach die Einheit, in der der Wärmeleitungskoeffizient in der Materialdatenbank angegeben ist und demnach auch eigene eingegebene Wärmeleitungskoeffizienten angegeben werden müssen unüblicherweise um eine 1000er Größenordnung größer als normal, oder habe ich irgendetwas falsch verstanden?

Grüße,
Martin

[mifris]

Hallo FEMartin,

das ist in der Tat ein wenig verwirrend. Wichtig in der FEA, auch in Z88Aurora, ist, dass Sie einheitenkonform rechnen. In unserem Fall heißt das, wenn die Abmaße Ihres Bauteils in mm sind, dann müssen Sie bei der Wärmeleitfähigkeit auch W/(mm*K) schreiben. Anders verhält es sich bei der Einheit der Temperatur. Hier ist es egal, ob Sie in K oder in °C rechnen, da sich analytisch eine Differenz bildet. Wichtig ist auch, dass Sie bei der Simulation "Waermestrom (verteilt)" in der Simulation aufgeben, weil der Wärmestrom sich ja auf die jeweilige Fläche bezieht.
Ich habe Ihnen einen Vergleich einer analytischen Rechnung mit der Simulation beigefügt. Vielleicht wird es hier ein wenig klarer.

Viele Grüße,
M. Frisch