Программа GeoWall предназначена для расчета на прочность и устойчивость ограждающих.
Замечание: Ниже приведено описание программы в сокращенном виде, дающее общее представление о программе. Отличительными особенностями программы являются убыстрение процесса построения тепловой модели, а также наличие возможности расчета осесимметричных температурных полей и распределения локальных значений конвективного и радиационного коэффициентов теплообмена на внутренних поверхностях конструкций. Новая версия программы (HEAT2D f ) включает дополнительный модуль FELEM расчёта двумерных стационарных задач теплопроводности на основе метода конечных элементов в виде треугольников, что позволяет расширить круг задач, решаемых с помощью программы. Ф. И HEAT2D HEAT2Df МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУМЕРНОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ и Ó F.A.I. Москва 2008 -2010 1.Введение Программа HEAT2D/ HEAT2D f для MS Windows предназначена для расчета двумерной стационарной теплопередачи через фрагменты ограждающих конструкций зданий.
Ниже приведено описание программы в сокращенном виде, дающее общее представление. Лестницы различных типов и конструкций, программа расчета лестниц. Калькулятор позволяет рассчитать стоимость материалов для изготовления ограждения fensys.
Программа может использоваться при проектировании и разработке новых конструктивных решений, для анализа и сравнения распределения температуры (температурных полей) в сечениях конструкций, а также в учебных целях при изучении процессов двумерной теплопередачи. Разработка расчетного алгоритма, проектирование интерфейса программы и создание исполняемых модулей и отладка программы проведены в программной среде компилятора Visual Basic 5.0. Расчет температурных полей в программе HEAT2D основан на конечно-разностном методе. Графический интерфейс программы позволяет задавать геометрию поперечного сечения анализируемой конструкции в виде комбинации прямоугольников различного размера с последующим заданием теплопроводности материала прямоугольника и граничных условий на фрагментах границы модели конструкции. После задания базисных размеров пользователь имеет возможность масштабировать изображение модели. Генерация сетки происходит автоматически в соответствии с установками пользователя.
В программе предусмотрен также расчет осесимметричных температурных полей и конвективного и радиационного коэффициентов теплообмена на внутренних поверхностях конструкций. Версия программы HEAT2D f включает дополнительный модуль FELEM расчёта двумерных стационарных задач теплопроводности на основе метода конечных элементов в виде треугольников, что позволяет воспроизводить геометрию задач любой конфигурации. Модуль FELEM обладает дополнительными возможностями по вводу геометрии объекта в форматах DXF и BMP. Кроме того, модуль может рассчитывать теплопередачу в замкнутых воздушных полостях/прослойках ограждений зданий. Вызов модуля в программе HEAT2D f осуществляется через дополнительный раздел меню «Метод Расчёта». По умолчанию в программе задан конечно-разностный метод расчёта. Всё ниже написанное относится к этому методу расчета.
Описание модуля FELEM см. Результаты расчета представляются в программе в виде полей изотерм модели и графиков распределения температуры на границах расчётной области, а также как величина теплового потока через всю конструкцию и теплового потока через выбранный пользователем фрагмент границы конструкции. Исходные данные модели и результаты расчета сохраняются в файле в форме отчета. Ограничения программы: Максимальное число областей/зон в модели – 60; Максимальный размер расчетной сетки 150х150. Требования к компьютеру и программной среде – операционной системе:. IBM совместимый компьютер с процессором 800 МГц и выше;. Не менее 128 МВ оперативной памяти ( RAM );.
Операционная система: MS Windows 98, MS Windows XP;. Не менее 100 МВ доступной памяти на твердом диске.
На рис.1 показан вид главного экрана Heat 2 D, в центре которого находится графическое окно, предназначенное для показа модели и результатов расчета температурного поля, либо для проектирования геометрии модели и задания свойств её областей и граничных условий. Главный экран программы и его составляющие. 2 показаны все разделы меню Heat 2 D. Разделы меню программы Heat 2 D. Ниже даны пояснения функций и назначений разделов. Файл: Создать модель раскрывает окно для проектирования новой модели. Открыть, Сохранить, Сохранить Как предназначены для работы с файлами (.
Df 2) входных и выходных данных модели. Отчет раскрывает текстовое окно с результатами расчета, которые сохраняются в файлах (. Доступен только, если выполнен расчет модели.
Экспорт графики копирует изображение (формат. Bmp ) из графического окна, если предварительно включен режим копирования графики. Выход из программы с сохранением изменений в модели и/или библиотеках Heat 2 D. Правка: Правка геометрии позволяет менять дополнять и удалять компоненты модели. Библиотеки: Библиотека материалов сохраняется в файле libmat. Dat и содержит наименования материалов, их теплопроводность и эмиссионную способность (степень черноты) поверхности материала.
Список материалов и их свойств доступен для редактирования. Библиотека Гран. Условий сохраняется в файле libbc.
Dat и содержит наименования граничных условий и значения комбинированного коэффициента теплообмена на поверхности и температуры окружающего воздуха. Список граничных условий и их значений доступен для редактирования. Опции: Осесимметричная задача задает или отменяет признак осесимметричного расчета и раскрывает окно выбора минимального расстояния между вертикальной осью симметрии и моделью. Параметры изотерм раскрывает окно выбора шага поля изотерм. Режим копирования графики позволяет копировать изображение из графического окна программы.
Начинает работать после обновления изображения в окне. Рекомендуется выключать после выполнения копирования, так как этот режим ( AutoRedraw ) замедляет вывод графики на экран. Сетка: Синтез сетки дублирует функции соответствующей командной кнопки на панели инструментов. Выбор сетки раскрывает окно выбора основных параметров расчетной сетки. Скачать драйвера amd athlon ii x2 215. В этом разделе пользователь может настроить два основных параметра сетки: минимальный размер ячейки сетки и последовательность отношения размеров ячеек (т.е.
Выбрать более частую или более разреженную сетку) - так, чтобы сетка наилучшим образом соответствовала данной задаче. По умолчанию эти параметры приняты: 1см и 1: 3: 9, что удовлетворяет большинству ограждающих конструкций. Следует помнить, что минимальный размер ячейки не должен равняться минимальному размеру в конструкции.
Алгоритм построения сетки работает в режиме избыточного разбиения так, что минимальный размер будет обязательно разбит на две ячейки, даже если заданный минимальный размер ячейки намного больше. Результат: Тепловые потоки раскрывает окно со значениями сопротивления теплопередаче и теплового потока через конструкцию и через выбранный фрагмент границы модели и длиной проекций фрагмента на оси ОX и OY.
Изотермы позволяет просмотреть поле изотерм модели. Температура на границах позволяет просмотреть распределение температуры в виде графика. Также указываются минимальное и максимальное значения температуры для выбранного фрагмента. Справка: О программе содержит информацию о версии Heat 2 D и авторе. Справка передает информацию, содержащуюся в данном руководстве.
Панель инструментов с пронумерованными командными кнопками показана на рис. Функции командных кнопок (кроме кнопки 4) не дублируются в меню. Панель инструментов Heat 2 D. Объединяет набор нарисованных примитивов (прямоугольников) в единую модель и устанавливает режим задания/просмотра базисных размеров модели.
Кнопка доступна, если загружена либо нарисована модель. Режим задания/присвоения материалов из списка библиотеки Heat 2 D областям модели, выделенным левой кнопкой мыши. Доступна, если заданы размеры модели. Режим задания/просмотра граничных условий теплообмена из списка библиотеки Heat 2 D на выделенном левой кнопкой мыши фрагменте границы модели и маркировка выделенного фрагмента поверхности «фрагмент1» для последующего определения потока тепла через него (раздел 8). Кнопка доступна, если заданы размеры модели. Генерация сетки и её показ в графическом окне.
Запуск расчета модели. Программная библиотека материалов/граничных условий является структурированным набором элементов, каждый из которых уникален своим именем и обладает совокупностью свойств, которые присваиваются выделенным компонентам модели при ее проектировании. Отдельные списки (см. Рис.1) и списки в составе библиотек предлагают перечень вариантов, выбираемых с помощью линейки прокрутки и затем щелчком мыши по необходимому элементу списка. Значения свойств выбранного элемента списка присваиваются выделенной области модели или фрагменту границы и демонстрируются на информационных табло. Библиотека материалов На рис. 4 показан интерфейс модуля библиотеки материалов, объединяющий список наименований материалов, текстовые окна задания их свойств, функциональные кнопки редактирования атрибутов элементов списка и кнопку сохранения изменений библиотеки.
Для задания материала необходимо выделить в графическом окне (рис. 1) посредством левой кнопки мыши необходимый участок/зону модели конструкции и выбрать из списка материалов (см.
1) требуемый материал. Вид панели библиотеки материалов Heat 2 D. Библиотека Граничных Условий (ГУ) На рис. 5 показан интерфейс модуля библиотеки ГУ.
В программе используются ГУ, задающие условия теплообмена в виде комбинированного коэффициента радиационного и конвективного теплообмена и температуры окружающей среды для упрощённой модели теплообмена. В случае выбора расчётной модели теплообмена необходимо задать только температуру окружающей среды. Для задания граничных условий необходимо выделить посредством курсора и левой кнопки мыши требуемый сегмент границы (или совокупность сегментов + Shift ) и выбрать из списка ГУ необходимое граничное условие. Значения свойств выбранного элемента списка присваиваются выделенной области модели или фрагменту границы и демонстрируются на информационных табло. Просмотр и редактирование библиотечного списка и свойств элементов списка возможен только при вызове соответствующего модуля библиотеки. Вид панели библиотеки ГУ Heat 2 D. Программа Heat 2 D построения двумерных моделей и расчета их температурных полей имеет ряд отличительных особенностей, которые позволяют существенно упростить процесс построения расчетной модели, её расчет и визуализацию полученных результатов.
Одной из основных особенностей является возможность изменения размеров всей модели или её части без редактирования геометрии исходной модели. В программе Heat 2 D применяется метод построения немасштабной модели в целочисленных координатах, топологически эквивалентной моделируемой конструкции, т.е.
Инвариантными (неизменными) являются только такие геометрические свойства, как принадлежность точек, линий и прямоугольников друг другу. При таком задании геометрии размеры объектов не играют роли, что иллюстрируется на рис. 6, и могут быть заданы на конечном этапе проектирования модели. Топологически эквивалентные объекты, образованные из двух прямоугольников. Алгоритм программы отыскивает все необходимые для задания масштабной модели размеры, которые затем могут быть неоднократно изменены пользователем. Таким образом, одна немасштабная модель является прообразом бесконечного множества топологически эквивалентных моделей. Ниже описывается последовательность действий при создании новой модели в Heat 2 D.
Через раздел меню Создать модель пользователь получает доступ к графическому окну построения геометрии модели (рис. Структурная геометрия сечения конструкции рисуется при движении курсора мыши и нажатой левой кнопке. Для каждого материала (зоны) конструкции используется один из цветов из шестнадцатицветной палитры, изображенной справа на панели экрана программы (см.
Применяется цветовая маркировка (спецификация) каждой зоны конструкции. Зона может состоять из нескольких непримыкающих друг к другу областей/участков одного цвета (т.е. В распоряжении пользователя имеется W ´ H = 58 ´ 48 клеточное поле (рис.6) для изображения геометрии сечения. Графическое окно Heat 2 D построения модели. Структурная модель примера tstmat. Этап задания размеров. Графическое окно Heat 2 D.
Вертикальные и горизонтальные базисные размеры модели. Этап задания свойств материалов. Просмотр материалов компонентов/областей модели. Выделена зона модели с теплоизоляцией. 8 представлен общий вид главного экрана Heat 2 D на этом этапе.
Выделенная область (зона 2) – теплоизоляция модели панели (материал из списка - пенополиуретан). На правой панели экрана – таблица наименований материалов, примененных в модели, с цветовым кодом каждого материала согласно библиотеке Heat 2 D.
В верхней части панели – шесть командных кнопок, позволяющих изменять размер и положение изображения модели в графическом окне. Значения рассчитанных тепловых потоков через всю конструкцию и через отмеченный фрагмент границы модели могут быть просмотрены либо в разделе меню Тепловые потоки либо в разделе Отчет. Программа также дает суммарную длину границы и её фрагмента и длины их проекций на оси системы координат (рис.
Таблица результатов расчета модели. Параметры изотерм. Размер и положение изображения модели в графическом окне можно изменить с помощью кнопок на правой панели экрана программы. Пример поля изолиний модели показан на рис. Справа от графического окна в этом случае рисуется палитра цветов изотерм с привязкой к температурам. По умолчанию шаг набора изотерм составляет 2 оС.
Поле изотерм модели примера tstmat. Разделы меню « Температура поверхности» и « Тепловой поток на границе» позволяют получить графики распределения этих величин, а также их средних значений, на выбранных пользователем сегментах или совокупности сегментов внешней границы модели. 12 показан пример графика распределения температуры на внутренней (теплой) поверхности модели наружной стены с внутренней перегородкой. Распределение температуры на внутренней поверхности наружной стены (пример tstmat.
График плотности теплового потока на этой же поверхности стены показан на рис. Распределение плотности теплового потока на внутренней поверхности наружной стены (пример tstmat. Раздел меню « Коэффициенты теплообмена» доступен, если на внутренней (теплой) поверхности конструкции были заданы расчётные граничные условия, что инициирует расчёт по радиационной модели. Этот раздел позволяют получить графики распределения локальных значений коэффициентов лучистого и конвективного теплообмена, а также их средних значений, на выбранном пользователем фрагменте границы модели.
Расчетный алгоритм Heat2 D Heat 2 D использует разновидность конечно-разностного метода - метод контрольного объёма ( S. Patankar, 1980) для получения дискретного аналога стационарной двумерной задачи теплопроводности. В таком методе расчетная область представляется объединением непересекающихся контрольных объёмов, каждый из которых содержит одну узловую (расчетную) точку. Для получения дискретного аналога дифференциальное уравнение теплопроводности интегрируется по каждому контрольному объёму.
Подробное описание метода контрольного объёма приведено в 1. Полученная система линейных алгебраических уравнений решается методом исключения неизвестных (метод Гаусса). Рассмотрим основные составляющие метода.
Процесс двумерной теплопередачи в твердом теле описывается дифференциальным уравнением: l (∂ 2 t /∂ x 2 + ∂ 2 t /∂ y 2 ) = Q, (А.1) где Q - источник/сток тепла, Вт/м 3. Исследуемая область двумерного сечения конструкции разбивается на элементарные площадки - прямоугольники так, чтобы каждый прямоугольник состоял из одного материала. Центр каждого прямоугольника принимается за узел тепловой сетки. Таким образом, каждый узел сетки окружен четырьмя соседними, с которыми он соединяется термическими сопротивлениями, равными сопротивлениям между центрами соответствующих прямоугольников (см.
Температура в каждом узле - есть средняя температура элементарного прямоугольника. А1 Расположение и соединение узлов тепловой сетки. Так, в общих чертах, производится замена исследуемой области на её дискретный аналог, названный тепловой сеткой, каждому узлу которой соответствует определенный прямоугольник, а межузловому соединению - термическое сопротивление. В каждом узле должен сохраняться баланс теплоты (энергии), что выражается соответствующим алгебраическим уравнением, связывающим приходящие в узел и выходящие из него потоки тепла. Это уравнение можно получить, интегрируя (А.1) по элементарному прямоугольнику (выделен на рис. В результате получим уравнение t 0 ( K 01 + K 02 + K 03 + K 04 ) - t 1 K 01 - t 2 K 02 - t 3 K 03 - t 4 K 04 = q D x D y, (А.2) где K 01, K 02, K 03, K 04 - проводимости межузловых соединений сетки. В уравнении (А.2) температура t 0 центрального узла выражена через температуры соседних узлов, значения которых (если они расположены не на границе) также неизвестны.
Чтобы найти температуру в любом узле, необходимо составить уравнения типа (А.2) для каждого узла и решить полученную систему уравнений. В программе Heat 2 D система линейных алгебраических уравнений решается экономичным методом исключения неизвестных (метод Гаусса) с использованием внутри машинного представления чисел матрицы системы уравнений с двойной точностью (8 byte double precision real number). При расчёте осесимметричного температурного поля, которое характеризуется тем, что температурное поле не меняется при повороте исследуемой области вокруг вертикальной оси симметрии OZ, решается следующее дифференциальное уравнение (l / r ) ∂( r ∂ t /∂ r )/∂ r + l ∂ 2 t /∂ z 2 = 0, (А.3) где r - расстояние от оси симметрии OZ. Термическое межузловое сопротивление рассчитывается по формулам, приведенным в 2. Так, если ось симметрии находится слева от прямоугольника с центральным узлом 0, то сопротивление между точками 1 и 0 может быть выражено в следующем виде: R 1-0 = (ln(r/r 1) + ln(r 0/r))/( lD y), ( А.4) где r 0, r 1 и r = r 0 + D x /2 расстояния соответствующих точек (рис.А1) до оси симметрии. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости.
М, Энергоатомиздат, 1984. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere Publ.Corp., New York, 1980. Руководство по теплотехническому расчёту и проектированию ограждающих конструкций зданий. Москва Стройиздат 1985, 141 стр.