OpenFOAM 내 Joule heating을 고려한 복합열전달 해석

 

  안녕하세요.

  오늘은 OpenFOAM 내 Joule heating을 고려한 복합열전달 해석에 대해 알아보려 해요.

  joule heating은 도체에 흐르는 전위를 통해 발열되어 온도 변화를 해석하는 문제인데요.

 난방기, 덕트가열기, 파이프가열기, 금속터빈, 교반가열, 오븐 등에 사용되고 일반 대기에서 뿐 아니라 진공상태에서도 가열이 가능한 장점이 있어요.

Joule heating 해석 형상

 

 

해석형상

 

  front와 back의 면은 empty 경계조건으로 2D 해석 진행했어요.

  

  1. Electric potential 및 thermal source 방정식

electric potential equation

thermal source equation

 

Joule heating 해석 예

 

  1. 해석버전 : OpenFOAMv2312

  2. 해석솔버 : chtMultiRegionSimpleFoam

  3. 튜토리얼 경로 : /tutorial/heatTransfer/chtMultiRegionSimpleFoam/jouleHeatingSolid

  3. 해석격자 : blockMesh 

  4. 해석조건

   (1) 물성 : constant

    1) molWeight : 12

    2) thermal conductivity : 200 W/m K

    3) specific heat : 700 J/kg K

    4) density : 8000 kg/m3

   (2) 경계조건

    1) electrical potential(V) : left (1.5 V), right(0V) -> 0/solid 폴더에 jouleHeatingSource:V 에 적용

    2) electrical conductivity(sigma) : 127599.8469 S/m -> 0/solid 폴더에 jouleHeatingSource:sigma에 적용

    3) 온도 : left (500K), right( 500K )

    4) joule heating 설정

      -  system/solid/fvOption 파일을 이용하여 설정

joule heating 설정

  5. 해석결과

온도 변화 결과

 

Center line에 따른 Analytical 과 OpenFOAM 온도 비교

 

결론

 

  오늘은 OpenFOAM 내 Joule heating을 고려한 복합열전달 해석에 대해 알아봤어요.

  gnuplot을 사용하여 analytical solution과 OpenFOAM 결과를 비교했을 때 일치함을 보였어요.

  Joule heating이 고려된 히터 문제를 해석할 때 유용하게 사용될 것 같아요.

  오늘도 읽어주셔서 감사합니다. 질문은 댓글로 부탁드려요.

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