METODA ELEMENTU SKOŃCZONEGO. Termokinetyka

Podobne dokumenty
Zestaw zadań 4: Przestrzenie wektorowe i podprzestrzenie. Liniowa niezależność. Sumy i sumy proste podprzestrzeni.

Zaawansowane metody numeryczne Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

V. WPROWADZENIE DO PRZESTRZENI FUNKCYJNYCH

Pokazać, że wyżej zdefiniowana struktura algebraiczna jest przestrzenią wektorową nad ciałem

I. Elementy analizy matematycznej

MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY Kryteria oceniania odpowiedzi. Arkusz A II. Strona 1 z 5

4. Zjawisko przepływu ciepła

KONSPEKT WYKŁADU. nt. METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH TEORIA I ZASTOSOWANIA. Piotr Konderla

u u u( x) u, x METODA RÓŻNIC SKOŃCZONYCH, METODA ELEMENTÓW BRZEGOWYCH i METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Projekt 6 6. ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH CAŁKOWANIE NUMERYCZNE

MECHANIKA 2 MOMENT BEZWŁADNOŚCI. Wykład Nr 10. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

KONSPEKT WYKŁADU. nt. MECHANIKA OŚRODKÓW CIĄGŁYCH. Piotr Konderla

CAŁKOWANIE NUMERYCZNE całki pojedyncze

Statystyka. Zmienne losowe

V. TERMODYNAMIKA KLASYCZNA

ROZWIĄZYWANIE DWUWYMIAROWYCH USTALONYCH ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA PRZY POMOCY ARKUSZA KALKULACYJNEGO

Równoczesna wymiana ciepła przez konwekcję i promieniowanie

Układy współrzędnych

Diagonalizacja macierzy kwadratowej

Zaawansowane metody numeryczne

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

WYZNACZANIE OBROTOWO-SYMETRYCZNEJ BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ

2 PRAKTYCZNA REALIZACJA PRZEMIANY ADIABATYCZNEJ. 2.1 Wprowadzenie

Sztuczne sieci neuronowe. Krzysztof A. Cyran POLITECHNIKA ŚLĄSKA Instytut Informatyki, p. 311

Podstawy termodynamiki

Stanisław Cichocki. Natalia Nehrebecka. Wykład 6


PODSTAWY MATEMATYCZNE

AERODYNAMICS I WYKŁAD 6 AERODYNAMIKA SKRZYDŁA O SKOŃCZONEJ ROZPIĘTOŚCI PODSTAWY TEORII LINII NOŚNEJ

Podstawy teorii falek (Wavelets)

Bryła fotometryczna i krzywa światłości.

SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODĄ PROPAGACJI ROZKŁADÓW

Analiza danych. Analiza danych wielowymiarowych. Regresja liniowa. Dyskryminacja liniowa. PARA ZMIENNYCH LOSOWYCH

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Układy równań liniowych

Rozwiązywanie zadań optymalizacji w środowisku programu MATLAB

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

MECHANIKA II. Praca i energia punktu materialnego

Programowanie Równoległe i Rozproszone

Modelowanie i obliczenia techniczne. Metody numeryczne w modelowaniu: Optymalizacja

Symetrie i struktury ciała stałego - W. Sikora

W naukach technicznych większość rozpatrywanych wielkości możemy zapisać w jednej z trzech postaci: skalara, wektora oraz tensora.

Optymalizacja belki wspornikowej

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 7 16.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Laboratorium ochrony danych

Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 2)

Grupa: Elektrotechnika, wersja z dn Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

Stanisław Cichocki. Natalia Nehrebecka. Wykład 6

A,B M! v V ; A + v = B, (1.3) AB = v. (1.4)

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Współczynnik przenikania ciepła U v. 4.00

α i = n i /n β i = V i /V α i = β i γ i = m i /m

KURS STATYSTYKA. Lekcja 6 Regresja i linie regresji ZADANIE DOMOWE. Strona 1

Definicje ogólne

Definicje i przykłady

1. Wstęp. Grupa: Elektrotechnika, wersja z dn Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

mgr inż. Wojciech Artichowicz MODELOWANIE PRZEPŁYWU USTALONEGO NIEJEDNOSTAJNEGO W KANAŁACH OTWARTYCH

1. Wstęp. Grupa: Elektrotechnika, wersja z dn Studia stacjonarne, II stopień, sem.1 Laboratorium Techniki Świetlnej

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. - Prąd powstający w wyniku indukcji elektro-magnetycznej.

1. SPRAWDZENIE WYSTEPOWANIA RYZYKA KONDENSACJI POWIERZCHNIOWEJ ORAZ KONDENSACJI MIĘDZYWARSTWOWEJ W ŚCIANIE ZEWNĘTRZNEJ

W praktyce często zdarza się, że wyniki obu prób możemy traktować jako. wyniki pomiarów na tym samym elemencie populacji np.

Automatyzacja Statku

PROBLEM ODWROTNY DLA RÓWNANIA PARABOLICZNEGO W PRZESTRZENI NIESKOŃCZENIE WYMIAROWEJ THE INVERSE PARABOLIC PROBLEM IN THE INFINITE DIMENSIONAL SPACE

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład IX

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

Natalia Nehrebecka. Wykład 2

WYZNACZANIE OBROTOWO-SYMETRYCZNEJ BRYŁY FOTOMETRYCZNEJ

Badanie współzależności dwóch cech ilościowych X i Y. Analiza korelacji prostej

Algebra liniowa z geometrią

Wykład 1 Zagadnienie brzegowe liniowej teorii sprężystości. Metody rozwiązywania, metody wytrzymałości materiałów. Zestawienie wzorów i określeń.

± Δ. Podstawowe pojęcia procesu pomiarowego. x rzeczywiste. Określenie jakości poznania rzeczywistości

Natalia Nehrebecka. Dariusz Szymański

Metody symulacji w nanostrukturach (III - IS)

SYMULACJA KOMPUTEROWA NAPRĘŻEŃ DYNAMICZNYCH WE WRĘGACH MASOWCA NA FALI NIEREGULARNEJ

BADANIA CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNYCH KSZTAŁTEK WENTYLACYJNYCH

Matematyka stosowana i metody numeryczne

ELEKTROCHEMIA. ( i = i ) Wykład II b. Nadnapięcie Równanie Buttlera-Volmera Równania Tafela. Wykład II. Równowaga dynamiczna i prąd wymiany

Mechanika kwantowa Schrödingera

APROKSYMACJA QUASIJEDNOSTAJNA

Metody Numeryczne 2017/2018

Wykład Turbina parowa kondensacyjna

Wstęp do metod numerycznych Faktoryzacja SVD Metody iteracyjne. P. F. Góra

Temat 13. Rozszerzalność cieplna i przewodnictwo cieplne ciał stałych.

Metody gradientowe poszukiwania ekstremum. , U Ŝądana wartość napięcia,

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Kier. MTR Programowanie w MATLABie Laboratorium

Analiza rodzajów skutków i krytyczności uszkodzeń FMECA/FMEA według MIL STD A

Podstawowe twierdzenia

Zastosowanie MES do rozwiązania problemu ustalonego przepływu ciepła w obszarze 2D

-Macierz gęstości: stany czyste i mieszane (przykłady) -równanie ruchu dla macierzy gęstości -granica klasyczna rozkładów kwantowych

65120/ / / /200

Rozkład dwupunktowy. Rozkład dwupunktowy. Rozkład dwupunktowy x i p i 0 1-p 1 p suma 1

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

Teoretyczne podstawy programowania liniowego

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W PILE INSTYTUT POLITECHNICZNY. Zakład Budowy i Eksploatacji Maszyn PRACOWNIA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ INSTRUKCJA

- prędkość masy wynikająca z innych procesów, np. adwekcji, naprężeń itd.

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Elementy logiki (4 godz.)

Transkrypt:

METODA ELEMENTU SKOŃCZONEGO Termoknetyka Matematyczny ops ruchu cepła (1) Zasada zachowana energ W a Cepło akumulowane, [J] P we Moc wejścowa, [W] P wy Moc wyjścowa, [W] t przedzał czasu, [s] V q S(V) ds q gęstość mocy ceplnej, [W/m 3 ] gęstość strumena mocy ceplnej, [W/m 2 ] gęstość masy, [kg/m 3 ] c cepło właścwe, [J/kg deg] przyrost temperatury względem otoczena 1

Przewodzene cepła Matematyczny ops ruchu cepła (2) l Prawo Fourer a - Krchoff a 1 0 S 0 x=l x W ogólnym przypadku Matematyczny ops ruchu cepła (3) Równane przewodnctwa ceplnego (dyfuzj) Objętość V jest dowolna Dla cał zotropowych x= y = z = Do rozwązana jest nezbędna znajomość warunku brzegowego oraz początkowego (t=0) (S) 2

Matematyczny ops ruchu cepła (4) Dowolność temperatury odnesena Nech podstawając do równana dyfuzj mamy Wnosek: Nezależne od rzeczywstego, czasoprzestrzennego rozkładu temperatury w analzowanym obekce, można ustalć za zerową (odnesena) temperaturę dowolnego jego punktu. Różnce temperatur pomędzy dowolnym punktam obektu, decydujące o rozpływe strumena mocy ceplnej, ne ulegają zmane. Matematyczny ops ruchu cepła (5) Naturalne warunk brzegowe 1. Warunek brzegowy Drchleta V q S D (V) ds Zwykle ustala sę Otoczene o bardzo dużej pojemnośc ceplnej 2. Warunek brzegowy Neumanna (dla częśc brzegu S N S) V q ds Zwykle ustala sę Brak wymany cepła poprzez część brzegu S N S N 3

Matematyczny ops ruchu cepła (6) Wykorzystane symetr obektu do redukcj modelu oblczenowego S D )=0 S D )=0 q q Płaszczyzna jednoczesnej symetr: - geometrycznej, - materałowej, - żródeł cepła. n =- n S N )=0 n =- n S N )=0 Matematyczny ops ruchu cepła (7) Oddawane cepła poprzez konwekcję promenowane 3. Warunek brzegowy Hankela V q S KP (V) ds KP= K+ P współczynnk konwekcj promenowana K = K0(1+1.2 v) v prędkość strug powetrza Konwekcja naturalna Dla odprowadzana w kerunku horyzontalnym ponowym do góry K0 K0 W/m 2 deg Dla odprowadzana w kerunku ponowym do dołu W/m 2 deg Promenowane Dla temperatur S= (80-120) o C Powerzchne matowe P W/m 2 deg Powerzchne błyszczące P W/m 2 deg 4

Własnośc fzyczne wybranych materałów Materał Przewodność ceplna [W/m deg] Gęstość masy [kg/m 3 ] Cepło właścwe [J/kg deg] Medź 385 8930 398 Alumnum 230 2700 900 Stal 25-50 7850 500 Blacha elektrotechnczna 45-65 7800 500 Żywca polamdowa 0.16 1040 1500 Żywca polestrowa 0.17 0.24 1230 1250 Żywca poluretanowa modyfkowana 0.6 1200 1500 Powetrze ( =75 o C) 0.023 0.030 1.1 1170 Przykładowe oblczena =100 =100 =0 =0 =100 x/ y=1 x/ y=10 x/ y=0.1 =0 5

Analza w przestrzenach lnowych Przestrzeną lnową rzeczywstą nazywamy pewen nepusty zbór elementów y, dla których określono operacje dodawana, mnożena przez lczbę rzeczywstą oraz wyróżnono element zerowy 0, jeśl dla dowolnych y k są spełnone następujące aksjomaty: y k +y m = y m + y k y k + (y m + y n ) = (y k + y m )+ y n y k + 0 = y k (y k + y m ) = y k + y m ( j y k = y k j y k ( j y k = ( j y k Przykłady przestrzen lnowych 1. Zbór wektorów na płaszczyźne E 2 (y 1 +y 2 ) y 2 y 1 2. Zbór funkcj lnowych y(x) w przedzale [a,b] y y 2 y 1 a b x (y 1 +y 2 ) 6

Wymar baza przestrzen lnowej Elementy y k (k=1...n) nazywamy lnowo nezależnym, jeżel żaden z tych elementów ne może być przedstawony za pomocą kombnacj lnowej z pozostałych. N y k y Lczbę N nazywamy wymarem przestrzen 1 k Bazą przestrzen lnowej {e } nazywamy zbór N lnowo nezależnych elementów należących do przestrzen, za pomocą którego można przedstawć dowolny element y z tej przestrzen. y N 1 e Przykłady baz przestrzen lnowych Dla każdej przestrzen lnowej rzeczywstej można znaleźć dowolne dużo układów elementów bazowych. 1. Przestrzeń wektorów na płaszczyźne E 2 y y = e 1 + e 2 = f 1 + f 2 f 1 f 1 f 2 e 2 2. Przestrzeń funkcj lnowych na przedzale [a, b] f 2 y f 1 f 2 e 1 y = e 1 + e 2 = f 1 + f 2 a e 1 e 2 b 7

Iloczyn skalarny norma przestrzen lnowej Iloczynem skalarnym dwu elementów y, z należących do przestrzen lnowej rzeczywstej nazywamy funkcję < y, z > o wartoścach rzeczywstych, jeżel spełnone są warunkł y, z+w = y, + y, w y, w = w, y z y, z = y, z y, y > 0 dla y 0 Norma przestrzen loczyn skalarny są powązane defncyjne jako Przestrzeń Eukldesowa n-wymarowa Bazą ortogonalną przestrzen n-wymarowej nazywamy tak zbór jej elementów{e k }jeżel dla dowolnej pary zachodz Jeśl dodatkowo norma każdego z wektorów bazowych jest równa jednośc to bazę taką nazywamy ortonormalną. Jeżel loczyn skalarny jest określony wyrażenem y, y N 1 2 ( ) y to normę ndukowaną przez ten loczyn nazywamy Eukldesową 2 8

Cosnusy kerunkowe Element przestrzen lnowej nazywamy unormowanym oznaczając go przez y N, jeżel jego norma jest równa jednośc. Ampltudę -tej składowej wektora y N nazywamy -tym cosnusem kerunkowym u n z własnoścą y 2 e 2 e 1 1 Iloczyn skalarny w przestrzenach funkcyjnych L 2 Jeżel dane są funkcje u, w określone całkowalne nad pewną dzedzną V (objętoścą, powerzchną, odcnkem), to loczyn skalarny tych elementów wynos Zadane aproksymacj: Wyznaczyć najlepsze przyblżene u a funkcj u za pomocą zboru funkcj bazowych e, =1,2...N 9

Przykłady zadań aproksymacj/nterpolacj 1. Szereg Fourera. Dana jest funkcja okresowa f(t) o okrese T. Wyznaczyć jej rozwnęce f a (t) w szereg funkcj cos, sn. Przykłady zadań aproksymacj/nterpolacj 2. Uogólnene ln łamanej. Dany jest zbór punktów y (x ), wyznaczyć funkcję y a cągłą, odcnkam lnową przechodzącą przez te punkty. y 1 x 4 x 5 x x 1 x 2 x 3 y ( x) y ( x) a y a (x) 10

Podstawy matematyczne metody elementu skończonego (pole skalarne) 1. Poszukujemy przyblżonego rozwązana pola temperaturowego (x), x=[x 1, x 2, x 3 ] w pewnym obszarze V o brzegu S spełnającego równane przewodnctwa ceplnego z warunkem brzegowym (x S)= S. 2. Zakładamy rozwązane w postac o neznanych ampltudach y 3. Równane przewodnctwa ceplnego mnożymy obustronne przez każdą z funkcj (x) całkujemy nad obszarem V. Podstawy matematyczne metody elementu skończonego (pole skalarne) 4. Otrzymana tożsamość całkowa, będąca formalne loczynem skalarnym funkcj równana przewodnctwa, przekształca sę do =1... N 5. Przedstawając poszukwany rozkład temperatury w postac kombnacj lnowej funkcj bazowych otrzymujemy układ N równań względem neznanych ampltud funkcj bazowych y j =1... N 11

Kształty elementów skończonych funkcj bazowych (perwszego rzędu) Zagadnene 1D elementem jest odcnek -1 +1 Zagadnene 2D elementem jest trójkąt lub czworokąt Zagadnene 3D elementem jest czworoścan lub sześcoścan (ntensywność koloru pokazuje wartość funkcj) Przekształcene tożsamośc całkowej MES do postac macerzowej 1. Całkowane odbywa sę oddzelne dla każdego elementu e k, k=1...m (dla uproszczena zapsu wprowadzono zotropową przewodność ) =1... N 2. Analtyczne wyrażena dla poszczególnych funkcj bazowych są znane, całk oblczane są na drodze numerycznej. Operatory sumowana całkowana mogą być wymenone mejscam. =1... N 12

Wektor wymuszeń równana macerzowego 1. Źródła mocy ceplnej 2. Warunk brzegowe a. Drchleta - znana jest temperatura brzegu y j SD =1... N Jeśl temperatura brzegu jest równa zeru - y j SD = 0,to Q SD = 0 =1... N Wektor wymuszeń równana macerzowego 2. Warunk brzegowe b. Neumanna - znany jest na brzegu strumeń mocy ceplnej Se =1... N Jeśl strumeń ceplny ne przenka brzegu k SN = 0,to Q SN = 0, temperatura brzegu ne jest znana a pror. c. Hankela - znana jest na brzegu ntensywność wymany cepła przez konwekcję =1... N 13

Układ równań lnowych równoważny tożsamośc całkowej wymany cepła Tożsamość całkowa jest równoważna układow równań =1... N SD część brzegu z warunkem Drchleta, SN część brzegu z warunkem Neumanna, SH część brzegu z warunkem Hankela. =1... N 14