JPH1048166A - Apparatus for calculating heat transfer coefficient - Google Patents
Apparatus for calculating heat transfer coefficientInfo
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- JPH1048166A JPH1048166A JP8207985A JP20798596A JPH1048166A JP H1048166 A JPH1048166 A JP H1048166A JP 8207985 A JP8207985 A JP 8207985A JP 20798596 A JP20798596 A JP 20798596A JP H1048166 A JPH1048166 A JP H1048166A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝達係数算出装
置に関し、特に、実験的手法と数値計算的手法とを併用
して、構造物とその周辺雰囲気との間の熱交換に係わる
熱伝達係数を簡易的に算出するようにした熱伝達係数算
出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat transfer coefficient calculating apparatus, and more particularly to a heat transfer coefficient calculating apparatus which uses both an experimental method and a numerical method to perform heat transfer between a structure and its surrounding atmosphere. The present invention relates to a heat transfer coefficient calculation device that simply calculates a coefficient.
【０００２】[0002]
【従来の技術】構造物の熱伝導状態とその内部温度及び
温度分布を有限要素解析等で代表される数値計算によっ
て予測する場合の、予測精度を向上させるためには熱伝
達係数を的確に設定することが重要である。構造物とそ
の周辺雰囲気との熱交換を決定している熱伝達係数は、
熱伝導率が流体の物質によって決るのに対して更にそこ
に生ずる対流の強さによって大きく変化することが知ら
れている。熱伝達係数の慣用される参考値として、 周辺雰囲気が、静止した空気のときは、１〜２０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている空気のときは、 １０〜２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている油のときは、 ５０〜１５００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 流れている水のときは、 ２５０〜５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 凝縮中の水蒸気のときは、５０００〜１５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 沸騰中の水のときは、 １５００〜４５０００（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃） 等が用いられており、同じ媒体であっても対流の条件に
よっては数値にかなりの開きがある。よって、構造物と
その周辺雰囲気との熱交換を決定する熱伝達係数を、予
め実験で求めたり、実験を併用した数値計算によって求
める方法がとられている。2. Description of the Related Art In order to improve the prediction accuracy when the heat conduction state of a structure and its internal temperature and temperature distribution are predicted by numerical calculation represented by finite element analysis, etc., the heat transfer coefficient is accurately set. It is important to. The heat transfer coefficient, which determines the heat exchange between the structure and its surrounding atmosphere,
It is known that the thermal conductivity is determined by the material of the fluid, and furthermore greatly varies by the strength of the convection generated therein. As a commonly used reference value of the heat transfer coefficient, when the surrounding atmosphere is still air, 1 to 20 (kcal · hr · ° C.) When the surrounding air is flowing air, it is 10 to 250 (kcal · hr · ° C.) 50 to 1500 (kcal · hr · ° C) for flowing oil 250 to 5000 (kcal · hr · ° C) for flowing water 5000 to 15000 (kcal · hr) for condensing water vapor (hr · ° C.) In the case of boiling water, 1500 to 45000 (kcal · hr · ° C.) and the like are used, and even if the same medium is used, the numerical value varies considerably depending on the convection conditions. Therefore, a method has been adopted in which the heat transfer coefficient that determines the heat exchange between the structure and its surrounding atmosphere is obtained in advance by an experiment or by numerical calculation using the experiment.
【０００３】上記の実験を併用した数値計算による熱伝
達係数算出方法が、特開平５−１５１３２４号公報及び
特開平５−３２２８１２号公報に記載されている。前者
においては、第１のステップでＩＣパッケージ等のモデ
ルによる解析形状を入力し且つ要素分割，境界条件等の
数値解析の準備を行い、第２のステップで当該形状の所
要の各表面に対してそれぞれ仮定温度を指定して、第３
のステップで該仮定温度と周囲温度と当該形状の代表長
さにより所定の関係式を用いて熱伝達係数を算出し、第
４のステップで熱伝導解析を行い、第５のステップで解
析結果温度と仮定温度とを比較してその結果が収束判定
基準を満足しない場合は解析結果温度を次の仮定温度と
して収束計算を繰り返し、満足する場合は計算を終了す
るようにしている。そして後者においては、射出成形用
金型の金型内温調配管付近に温度センサを設け、供給媒
体の温度を急激に変化させ、その部分の温度変化を測定
すると同時に金型周りの周辺温度及び供給媒体温度を測
定し、得られた該測定データに基づいて数値解析により
熱伝導解析を行い、その結果が測定データと合わなけれ
ば熱伝達係数を換えて解析を繰り返し、測定データと解
析データとが合うような熱伝達係数を決定するようにし
ている。A method of calculating a heat transfer coefficient by numerical calculation using the above experiments is described in JP-A-5-151324 and JP-A-5-322812. In the former, in a first step, an analysis shape based on a model of an IC package or the like is input, and preparation for numerical analysis such as element division and boundary conditions is performed. Specify the assumed temperature for each
In a step, a heat transfer coefficient is calculated using a predetermined relational expression based on the assumed temperature, the ambient temperature, and the representative length of the shape, a heat conduction analysis is performed in a fourth step, and an analysis result temperature is calculated in a fifth step. Is compared with the assumed temperature, and if the result does not satisfy the convergence criterion, the convergence calculation is repeated using the analysis result temperature as the next assumed temperature, and if satisfied, the calculation is terminated. In the latter, a temperature sensor is provided near the temperature control pipe in the mold of the injection molding mold, the temperature of the supply medium is rapidly changed, and the temperature change of the portion is measured, and at the same time, the ambient temperature around the mold and Measure the supply medium temperature, perform heat conduction analysis by numerical analysis based on the obtained measurement data, and if the result does not match the measurement data, change the heat transfer coefficient and repeat the analysis, and compare the measurement data with the analysis data. The heat transfer coefficient is determined so as to match.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
使用されている実験設備は高価になり、又、数値計算の
精度を向上させるために要素分割数等を大きくすると繰
り返し時間が長くなり且つ計算コストも増加してしま
う。本発明は、構造物とその周辺空気との熱交換に係わ
る熱伝導状態及びその内部温度と温度分布を有限要素解
析等に代表される数値計算で予測する場合の熱伝達係数
を、構成が簡単で且つ計算コストも少なくして算出し得
るようにした熱伝達係数算出装置を提供することを目的
とする。又、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単
純化させてなるモデル構造物を用いてその実測値と解析
結果とが、所定の誤差範囲に収束した場合の当該熱伝達
係数をデータベース化することによって、同一実験室環
境により別の複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその
内部温度と温度分布との予測を行うときに、このデータ
ベースを参照することで、予測精度の向上を可能にする
ものである。As described above, the experimental equipment used conventionally becomes expensive, and if the number of element divisions is increased in order to improve the accuracy of numerical calculations, the repetition time increases and The calculation cost also increases. The present invention has a simple configuration of a heat transfer coefficient for estimating a heat conduction state relating to heat exchange between a structure and its surrounding air, and an internal temperature and temperature distribution thereof by numerical calculation represented by finite element analysis or the like. It is another object of the present invention to provide a heat transfer coefficient calculating device capable of performing calculations at a low calculation cost. Further, using a model structure simplified to a representative shape for calculating the heat transfer coefficient, the heat transfer coefficient when the measured value and the analysis result converge within a predetermined error range is stored in a database. This makes it possible to improve the prediction accuracy by referring to this database when predicting the heat conduction state and its internal temperature and temperature distribution for another complex structure in the same laboratory environment It is to be.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的達成のために請
求項１記載の発明は、熱伝達係数算出用として代表的な
形状に単純化させてなるモデル構造物を加熱して温度上
昇させそのときのモデル構造物の内部温度と表面温度と
を温度センサを用いてサンプリングする実験測定部と、
実験測定部に対して近似してなる有限要素モデルを設定
し且つモデル構造物と空気接触してなるその各表面に対
して近似した熱伝達係数を設定してモデル構造物の各節
点の温度を各サンプリング毎に算出し当該実験値を当該
算出値と比較してその偏差を縮小すべく前記設定した熱
伝達係数を逐次補正演算する数値計算部と、前記演算さ
れた各熱伝達係数を登録する熱伝達係数データベースと
を備えたことを特徴とするものである。According to the first aspect of the present invention, a model structure simplified to a typical shape for calculating a heat transfer coefficient is heated to increase the temperature. An experimental measurement unit that samples the internal temperature and surface temperature of the model structure using a temperature sensor,
An approximate finite element model is set for the experimental measurement section, and an approximate heat transfer coefficient is set for each surface of the model structure that is in air contact with the model structure, and the temperature of each node of the model structure is set. A numerical calculation unit that calculates for each sampling, sequentially compares the experimental value with the calculated value, and sequentially corrects the set heat transfer coefficient to reduce the deviation, and registers the calculated heat transfer coefficient. And a heat transfer coefficient database.
【０００６】そして請求項２記載の発明は、請求項１記
載のモデル構造物を、ブロック形の構造物本体と、構造
物本体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた
状態で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したこと
を特徴とするものである。そして請求項３記載の発明
は、請求項１の発明において、インターフェースを介す
る制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温度測定
時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節点にお
ける各温度の仮定の初期値が当初のサンプリングに対す
る比較対象として設定されると共にサンプリング毎に数
値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリングに
対する比較対象として設定されるようにしたことをこと
を特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided the model structure according to the first aspect, wherein the block-shaped structure main body and each surface of the object to be measured of the structure main body are brought into contact with surrounding air. It is characterized by being formed by a support base supporting the structure body. According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature measurement time and the sampling interval of each part of the model structure are set based on the control signal via the interface, and the assumption of each temperature at each node is made. The initial value of is set as a comparison target for the initial sampling, and the calculation result of each temperature by the numerical calculation unit is set for each sampling as a comparison target for the next sampling. is there.
【０００７】そして請求項４記載の発明は、請求項１記
載の数値計算部は、数値計算に基づいて各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定する熱伝達係数設定部と、熱
伝達係数設定部によって設定された各温度と当該サンプ
リングされた各温度との誤差を算出してこれが所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して該判定に基づいて熱伝
達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数と各温度
とを可変設定させて前記算出を次のサンプリングに対し
て実行せしめ又は該算出を停止せしめて当該熱伝達係数
を熱伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価
部とを備えてなり、そして前記熱伝達係数設定部は、各
節点における各温度の仮定の初期値として、当初のサン
プリングに対する比較対象として適宜設定可能にし又
は、当該モデル構造物に係わる熱伝達係数として熱伝達
係数データベースに登録されている該当の各熱伝達係数
データを適宜設定可能にしていることを特徴とするもの
である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat transfer coefficient setting unit for variably setting a heat transfer coefficient and each temperature of each node based on the numerical calculation, An error between each temperature set by the coefficient setting unit and each sampled temperature is calculated, and it is determined whether or not this is within a predetermined error range, and based on the determination, the heat transfer coefficient setting unit Analysis error in which the heat transfer coefficient of each node and each temperature are variably set and the calculation is executed for the next sampling or the calculation is stopped and the heat transfer coefficient is registered in the heat transfer coefficient database. An evaluation unit, and the heat transfer coefficient setting unit can appropriately set as an initial value of each temperature assumption at each node as a comparison target with respect to the initial sampling, or It is characterized in that the appropriately set each heat transfer coefficient data of the registered in the heat transfer coefficient database as the heat transfer coefficient relating to.
【０００８】そして請求項５記載の発明は、請求項１記
載の数値計算部は、数値計算に基づいて且つ所定のサン
プリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する熱伝達係数設定部と、熱伝達係数設定部によっ
て設定された各温度と当該サンプリングされた各温度と
の誤差を算出してこれが所定の誤差範囲内であるか否か
を判定して誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に対し
て前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて
前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ誤差範
囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱
伝達係数データベースに登録せしめる解析誤差評価部と
を備えてなることを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a heat transfer apparatus wherein the numerical calculation section according to the first aspect variably sets a heat transfer coefficient and each temperature of each node based on the numerical calculation and at predetermined sampling intervals. A coefficient setting unit, calculates an error between each temperature set by the heat transfer coefficient setting unit and each sampled temperature, determines whether or not this is within a predetermined error range, and determines whether or not this is within a predetermined error range. Makes the heat transfer coefficient setting section variably set the heat transfer coefficient and each temperature of the nodes, executes the calculation for the next sampling, and stops the calculation when the error is within the error range, and An analysis error evaluation unit for registering a transfer coefficient in a heat transfer coefficient database is provided.
【０００９】請求項１記載の発明では、実験測定部にお
いては、モデル構造物が温度上昇させられてその内部温
度と表面温度とがサンプリングされる。そして数値計算
部においては、実験測定部に対する有限要素モデルが設
定され且つモデル構造物の各表面に対して近似した熱伝
達係数が設定されてモデル構造物の各節点の温度が各サ
ンプリング毎に算出され、当該実験値と当該算出値とが
比較されて、その偏差を縮小すべく前記設定した熱伝達
係数が逐次補正演算される。そしてその演算された各熱
伝達係数が熱伝達係数データベースに登録される。According to the first aspect of the present invention, in the experimental measurement section, the temperature of the model structure is raised, and the internal temperature and the surface temperature are sampled. In the numerical calculation unit, a finite element model for the experimental measurement unit is set, and an approximate heat transfer coefficient is set for each surface of the model structure, and the temperature of each node of the model structure is calculated for each sampling. Then, the experimental value and the calculated value are compared, and the set heat transfer coefficient is sequentially corrected and calculated in order to reduce the deviation. Then, the calculated heat transfer coefficients are registered in the heat transfer coefficient database.
【００１０】そして請求項２記載の発明では、請求項１
記載の実験測定部においては、ブロック形の構造物本体
の内部温度と、該構造物本体における被測定対象の各表
面温度とがサンプリングされる。そして請求項３記載の
発明では、請求項１の発明において、インターフェース
を介する制御信号に基づいて、モデル構造物の各部の温
度測定時間とサンプリング間隔とが設定され、且つ各節
点における各温度の仮定の初期値が当初のサンプリング
に対する比較対象として設定されると共にサンプリング
毎に数値計算部による各温度の演算結果が次のサンプリ
ングに対する比較対象として設定される。[0010] According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the described experimental measurement section, the internal temperature of the block-shaped structure main body and the surface temperatures of the measured objects in the structure main body are sampled. According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the temperature measurement time and the sampling interval of each part of the model structure are set based on the control signal via the interface, and the assumption of each temperature at each node is made. Is set as a comparison target for the initial sampling, and the calculation result of each temperature by the numerical calculation unit is set as a comparison target for the next sampling for each sampling.
【００１１】そして請求項４記載の発明では、数値計算
部を構成している熱伝達係数設定部において、数値計算
に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とが可変設定さ
れる。そして解析誤差評価部において、その設定された
各温度と当該サンプリングされた各温度との誤差を算出
してこれが所定の誤差範囲内であるか否かを判定して該
判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前記各節点の
熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次の
サンプリングに対して実行せしめ又は該算出を停止せし
めて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せ
しめる。そして前記熱伝達係数設定部は、各節点におけ
る各温度の仮定の初期値として、当初のサンプリングに
対する比較対象として適宜設定し又は、当該モデル構造
物に係わる熱伝達係数として熱伝達係数データベースに
登録されている該当の各熱伝達係数データを適宜設定す
る。According to the fourth aspect of the present invention, in the heat transfer coefficient setting section constituting the numerical calculation section, the heat transfer coefficient and each temperature of each node are variably set based on the numerical calculation. Then, an analysis error evaluation unit calculates an error between each set temperature and each sampled temperature, determines whether or not this is within a predetermined error range, and based on the determination, determines a heat transfer coefficient. The setting unit variably sets the heat transfer coefficient and each temperature of each of the nodes to execute the calculation for the next sampling or stop the calculation and register the heat transfer coefficient in the heat transfer coefficient database. Let me know. The heat transfer coefficient setting unit may appropriately set the initial value of each temperature at each node as a comparison target with respect to the initial sampling, or may register the heat transfer coefficient relating to the model structure in the heat transfer coefficient database. The appropriate heat transfer coefficient data is set as appropriate.
【００１２】そして請求項５記載の発明では、請求項１
記載の数値計算部を構成している熱伝達係数設定部にお
いて、数値計算に基づいて且つ所定のサンプリング間隔
毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定する。そ
して解析誤差評価部において、その設定された各温度と
当該サンプリングされた各温度との誤差を算出してこれ
が所定の誤差範囲内であるか否かを判定して誤差範囲外
のときは熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達
係数と各温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプ
リングに対して実行せしめ誤差範囲内のときは該算出を
停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベース
に登録せしめる。According to the fifth aspect of the present invention, there is provided the first aspect.
In the heat transfer coefficient setting unit constituting the numerical calculation unit described above, the heat transfer coefficient and each temperature of each node are variably set based on the numerical calculation and at predetermined sampling intervals. The analysis error evaluator calculates an error between each set temperature and each sampled temperature, determines whether or not the temperature is within a predetermined error range. The heat transfer coefficient of each node and each temperature are variably set to the coefficient setting unit, and the calculation is executed for the next sampling.When the error is within the error range, the calculation is stopped and the heat transfer coefficient is calculated. Register in the heat transfer coefficient database.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発
明の実施の形態例を示す熱伝達係数算出装置のブロック
図であり、請求項１の発明に対応させている。図１にお
いて、１は熱伝達係数算出装置である。２は実験測定部
で、熱伝達係数算出用として代表的な形状に単純化させ
てなる後記のモデル構造物を加熱して温度上昇させその
ときのモデル構造物の内部温度と表面温度とを温度セン
サを用いてサンプリングする。３は数値計算部で、後記
するプログラム制御により、実験測定部２に対して近似
してなる有限要素モデルを設定し且つモデル構造物と空
気接触してなるその各表面に対して近似した熱伝達係数
を設定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリン
グ毎に算出し、当該実験値を当該算出値と比較してその
偏差を縮小させるべく前記設定した熱伝達係数を逐次補
正演算する。４は実験測定部２と数値計算部３との間に
介在するインターフェースで、別途外部からの制御信号
を受けて後記するプログラム制御において、モデル構造
物の各部の温度測定時間とサンプリング間隔に係わる制
御信号を送出すると共に、熱伝達係数を演算するために
各節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリ
ングに対する比較対象として適宜設定せしめると共にサ
ンプリング毎に数値計算部による各温度の演算結果を次
のサンプリングに対する比較対象として設定せしめるべ
く制御信号を送出する。５は熱伝達係数データベース
で、数値計算部３によって演算された各熱伝達係数を登
録する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a heat transfer coefficient calculating device showing an embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 1. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heat transfer coefficient calculating device. Reference numeral 2 denotes an experimental measurement unit, which heats a model structure described below, which is simplified to a representative shape for calculating a heat transfer coefficient, and raises the temperature, and measures the internal temperature and surface temperature of the model structure at that time. Sampling is performed using a sensor. Numeral 3 is a numerical calculation unit which sets a finite element model approximated to the experimental measurement unit 2 by program control described later, and approximates heat transfer to each surface of the model structure in air contact. The coefficient is set, the temperature at each node of the model structure is calculated for each sampling, the experimental value is compared with the calculated value, and the set heat transfer coefficient is sequentially corrected to reduce the deviation. Reference numeral 4 denotes an interface interposed between the experiment measurement unit 2 and the numerical calculation unit 3, which receives a control signal from the outside and controls the temperature measurement time and sampling interval of each part of the model structure in the program control described later. In addition to sending the signal, the assumed initial value of each temperature at each node is set as appropriate for comparison with the initial sampling in order to calculate the heat transfer coefficient. A control signal is sent out so as to be set as a comparison target with respect to the sampling. Reference numeral 5 denotes a heat transfer coefficient database in which each heat transfer coefficient calculated by the numerical calculation unit 3 is registered.
【００１４】図１の構成においては、実験測定部２で
は、モデル構造物がヒータ等によって温度上昇させられ
て、そのときのモデル構造物の内部温度と表面温度とが
実験測定部２によって測定される。そして数値計算部３
では、有限要素モデルと熱伝達係数が設定されてモデル
構造物の各節点の温度が各サンプリング毎に所定の演算
式によって算出され、当該実験値が当該算出値と比較さ
れて、その偏差を縮小すべく前記設定された熱伝達係数
が逐次補正演算される。そして補正演算された結果、上
記の偏差が所定値以下になったときの各熱伝達係数値が
熱伝達係数データベースに登録される。In the configuration shown in FIG. 1, in the experimental measuring section 2, the temperature of the model structure is raised by a heater or the like, and the internal temperature and the surface temperature of the model structure at that time are measured by the experimental measuring section 2. You. And numerical calculation unit 3
Then, the finite element model and the heat transfer coefficient are set, the temperature of each node of the model structure is calculated by a predetermined arithmetic expression for each sampling, the experimental value is compared with the calculated value, and the deviation is reduced. In order to correct the heat transfer coefficient, the set heat transfer coefficient is sequentially calculated. Then, as a result of the correction operation, each heat transfer coefficient value when the above-described deviation becomes equal to or smaller than a predetermined value is registered in the heat transfer coefficient database.
【００１５】図１の構成によれば、実験的手法と数値計
算的手法とが併用されて、モデル構造物の実測された内
部温度と表面温度とから各熱伝達係数が簡易的に算出さ
れ、各手法間の各要素の偏差が収束されて各熱伝達係数
の予測精度が向上され、的確な各熱伝達係数を算出し得
る。そして最終設定された各熱伝達係数値が熱伝達係数
データベースに登録されて、同一実験室環境により別の
複雑な構造物に対しての熱伝導状態とその内部温度と温
度分布との予測を行うときに、このデータベースを参照
することで、予測精度の向上を可能にする。According to the configuration shown in FIG. 1, the heat transfer coefficient is simply calculated from the actually measured internal temperature and surface temperature of the model structure by using both the experimental method and the numerical calculation method. The deviation of each element between the respective methods is converged, the prediction accuracy of each heat transfer coefficient is improved, and each accurate heat transfer coefficient can be calculated. Then, the finally set heat transfer coefficient values are registered in the heat transfer coefficient database, and the heat conduction state and the internal temperature and temperature distribution of another complex structure are predicted in the same laboratory environment. At times, it is possible to improve the prediction accuracy by referring to this database.
【００１６】図２は図１における実験測定部２のモデル
構造物の形態を示す図であり、請求項２の発明に対応さ
せている。図２において、６は代表的な形状に単純化さ
せてなるモデル構造物で、ブロック形の構造物本体７
と、該構造物本体７の各表面が周囲の空気と接触できる
ようにして該構造物本体７を支持している支持台８とで
構成されている。９は構造物本体７を宙吊りにして支持
台８に取り付けるようにした支持部材である。FIG. 2 is a view showing the form of the model structure of the experimental measuring section 2 in FIG. 1, and corresponds to the second aspect of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 6 denotes a model structure simplified to a representative shape, and a block-shaped structure body 7
And a support table 8 that supports the structure body 7 so that each surface of the structure body 7 can come into contact with the surrounding air. Reference numeral 9 denotes a support member that suspends the structure main body 7 and attaches it to the support base 8.
【００１７】図２の構成によれば、構造物本体７の各表
面が周囲の空気と接触できるようにしているので、構造
物本体７の周囲の空気の対流の影響を考慮した熱伝達係
数を算出するための測定データが的確に得られる。図３
は本発明のプログラム制御を示すブロック図で、請求項
３乃至請求項５の発明に対応させている。図３におい
て、３は図１に示した数値計算部である。10は初期条件
設定部で、インターフェース４を介して一連の演算のた
めの初期条件を設定する。11は熱伝達係数設定部で、仮
定の初期値として、初期条件設定部10による各節点の熱
伝達係数と各温度とを設定し、そして計算部12による数
値計算に基づいて各節点の熱伝達係数と各温度とを可変
設定する。13は解析誤差評価部で、熱伝達係数設定部11
によって設定された各温度と当該サンプリングされた各
温度との誤差を算出して算出された解析誤差が所定の誤
差範囲内であるか否かを判定して、誤差範囲外のときは
熱伝達係数設定部11に対して前記各節点の熱伝達係数と
各温度とを可変設定させて計算部12による算出を次のサ
ンプリングに対して実行せしめ、誤差範囲内のときは該
算出を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データ
ベース５に登録せしめる。ここで解析誤差Ｅは、解析か
ら求めた表面温度をＴanaとし、実験から求めた表面温
度をＴexpとして次式、 Ｅ＝｛（Ｔana−Ｔexp）／Ｔexp｝×100 により算出される。そして合否判定（誤差評価）基準と
しては、下限と上限の各基準値Ｘ1，Ｘ2を適宜設定して
次式、 Ｘ1≦Ｅ≦Ｘ2 によって誤差評価される。熱伝達係数設定部11は又、当
該モデル構造物６に係わる熱伝達係数として熱伝達係数
データベース５に登録されている該当の各熱伝達係数デ
ータを適宜設定可能にしている。インターフェース４
は、モデル構造物６の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つ熱伝達係数を演算するために、各
節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプリン
グに対する比較対象として適宜設定せしめると共に、サ
ンプリング毎に計算部12による各温度の演算結果を次の
サンプリングに対する比較対象として設定せしめるべく
制御信号を送出する。ここで、測定中の各温度の定常状
態（測定終了時）を決定すべく判別するための温度差Δ
Ｔは次式、 ΔＴ＝Σ｜Ｔi−Ｔi-1｜≦Ｅｔ（i＝i−10,i-9,…,i） により算出される。According to the configuration shown in FIG. 2, since each surface of the structure body 7 can be brought into contact with the surrounding air, the heat transfer coefficient in consideration of the influence of the convection of the air around the structure body 7 can be obtained. Measurement data for calculation can be obtained accurately. FIG.
Is a block diagram showing the program control of the present invention, which corresponds to the third to fifth aspects of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 3 denotes a numerical calculation unit shown in FIG. An initial condition setting unit 10 sets initial conditions for a series of calculations via the interface 4. Reference numeral 11 denotes a heat transfer coefficient setting unit which sets the heat transfer coefficient and each temperature of each node by the initial condition setting unit 10 as an assumed initial value, and based on the numerical calculation by the calculation unit 12, heat transfer of each node. The coefficient and each temperature are variably set. 13 is an analysis error evaluation unit, and a heat transfer coefficient setting unit 11
And calculating the error between each temperature set and the sampled temperature to determine whether or not the calculated analysis error is within a predetermined error range. If the calculated analysis error is outside the error range, the heat transfer coefficient is determined. The setting unit 11 variably sets the heat transfer coefficient and each temperature of each node, causes the calculation unit 12 to execute the calculation for the next sampling, and stops the calculation when the error is within the error range. The heat transfer coefficient is registered in the heat transfer coefficient database 5. Here, the analysis error E is calculated by the following equation using the surface temperature obtained from the analysis as T ana and the surface temperature obtained from the experiment as T exp , and E = {(T ana −T exp ) / T exp } × 100. You. As the pass / fail judgment (error evaluation) criterion, the lower limit and the upper limit reference values X 1 and X 2 are appropriately set, and the error is evaluated by the following equation: X 1 ≦ E ≦ X 2 . The heat transfer coefficient setting unit 11 can appropriately set respective heat transfer coefficient data registered in the heat transfer coefficient database 5 as a heat transfer coefficient relating to the model structure 6. Interface 4
Sets the temperature measurement time and the sampling interval of each part of the model structure 6 and calculates the heat transfer coefficient, and appropriately sets the assumed initial value of each temperature at each node as a comparison target for the initial sampling. At the same time, a control signal is transmitted to set the calculation result of each temperature by the calculation unit 12 for each sampling as a comparison target for the next sampling. Here, a temperature difference Δ for determining to determine a steady state (at the end of measurement) of each temperature during measurement.
T The following equation, ΔT = Σ | T i -T i-1 | ≦ Et (i = i-10, i-9, ..., i) is calculated by.
【００１８】[0018]
【実施例】図４は熱伝達係数データベース５に登録され
ているデータ例を示す図である。この実施例によれば、
データベースＮｏ．１には、周辺雰囲気が静止した空気
等に対応させた熱伝達係数の文献値として、１０（ｋｃ
ａｌ・ｈｒ・℃）が登録され、そしてデータベースＮ
ｏ．２には、周辺雰囲気が流れている水等に対応させた
場合の文献値として、２５０（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が
登録され、そしてデータベースＮｏ．３には、測定対象
が金型であって媒体が空気の場合の解析された熱伝達係
数として、１２（ｋｃａｌ・ｈｒ・℃）が登録されてい
る。FIG. 4 is a view showing an example of data registered in a heat transfer coefficient database 5. In FIG. According to this embodiment,
Database No. 1 has a reference value of 10 (kc) as a literature value of a heat transfer coefficient corresponding to air or the like where the surrounding atmosphere is still.
al.hr. ° C.) is registered and the database N
o. 2 is registered as a document value in a case where the reference value corresponds to water flowing in the surrounding atmosphere, etc., and 250 (kcal · hr · ° C.) is registered. In No. 3, 12 (kcal · hr · ° C.) is registered as the analyzed heat transfer coefficient when the measurement target is a mold and the medium is air.
【００１９】データベースＮｏ．を適用条件に応じて選
択してその各数値を熱伝達係数部11に与えることによっ
て、所要の熱伝達係数が迅速且つ適正に解析されること
が期待できる。又、熱伝達係数データベース５には、熱
伝達係数と共に測定対象物，媒体，実験時の室温及び実
験室名等が記載されているので、他の対象物に対しても
実験環境が同等であれば、実験を行わずに熱伝達係数デ
ータベース５内のデータをそのまま利用することも可能
である。Database No. Is selected in accordance with the application conditions and the respective numerical values are given to the heat transfer coefficient section 11, so that the required heat transfer coefficient can be expected to be analyzed quickly and properly. Further, since the heat transfer coefficient database 5 describes the heat transfer coefficient, the measurement object, the medium, the room temperature at the time of the experiment, the name of the laboratory, and the like, the experiment environment may be the same for other objects. For example, the data in the heat transfer coefficient database 5 can be used as it is without performing an experiment.
【００２０】[0020]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、代表的な
形状に単純化させてなるモデル構造物を温度上昇させて
その内部温度と表面温度とをサンプリングする実験測定
部と、実験測定部に対する有限要素モデルを設定し且つ
モデル構造物の各表面に対して近似した熱伝達係数を設
定してモデル構造物の各節点の温度を各サンプリング毎
に算出し当該実験値を当該算出値と比較してその偏差を
縮小すべく前記設定した熱伝達係数を逐次補正演算する
数値計算部と、前記演算された各熱伝達係数を登録する
熱伝達係数データベースとを備えたので、構成が簡単で
あって且つ計算コストも少なくして的確な熱伝達係数が
算出される。そして熱伝達係数データベース内のデータ
を適宜に利用することが可能となり、解析作業の効率化
と低コスト化が図れる。According to the first aspect of the present invention, there is provided an experimental measuring section for increasing the temperature of a model structure simplified to a representative shape and sampling the internal temperature and the surface temperature thereof, and an experimental measuring section. Set the finite element model for the part and set the approximated heat transfer coefficient for each surface of the model structure, calculate the temperature of each node of the model structure for each sampling, and calculate the experimental value with the calculated value A numerical calculation unit for sequentially correcting the set heat transfer coefficient to reduce the deviation by comparison and a heat transfer coefficient database for registering the calculated heat transfer coefficients are provided, so that the configuration is simple. An accurate heat transfer coefficient is calculated with a small calculation cost. Then, the data in the heat transfer coefficient database can be appropriately used, so that the efficiency of analysis work and the cost can be reduced.
【００２１】そして請求項２記載の発明によれば、モデ
ル構造物として、ブロック形の構造物本体と、構造物本
体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接触させた状態
で構造物本体を支えてなる支持台とで形成したので、構
成が簡単で低コストのモデル構造物を実現し得る。そし
て請求項３記載の発明によれば、インターフェースを介
して、モデル構造物の各部の温度測定時間とサンプリン
グ間隔とを設定し且つサンプリング毎に数値計算部によ
る各温度の演算結果を次のサンプリングに対する比較対
象として設定するようにしたので、測定中のモデル構造
物の各温度から定常状態（測定終了時）を決定するため
のデータ不足あるいは過剰なデータの測定が行われるの
を回避し得る。According to the second aspect of the present invention, as a model structure, a block-shaped structure main body and a structure main body in a state where each surface of the measured object of the structure main body is brought into contact with surrounding air. Therefore, a low-cost model structure having a simple configuration can be realized. According to the third aspect of the present invention, the temperature measurement time and the sampling interval of each part of the model structure are set via the interface, and the calculation result of each temperature by the numerical calculation unit for each sampling is set for the next sampling. Since it is set as a comparison target, it is possible to avoid data shortage or excessive data measurement for determining a steady state (at the end of measurement) from each temperature of the model structure under measurement.
【００２２】そして請求項４記載の発明によれば、熱伝
達係数設定部による数値計算に基づいて、各節点の熱伝
達係数と各温度とを可変設定するようにし、解析誤差評
価部によって、その設定された各温度と当該サンプリン
グされた各温度との解析誤差が所定の誤差範囲内である
か否かの該判定に基づいて熱伝達係数設定部に対して前
記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定させて前記
算出を次のサンプリングに対して実行せしめ又は該算出
を停止せしめて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベー
スに登録せしめるようにしたので、算出誤差が設定され
た範囲内に収束するまで熱伝達係数を変更しながら解析
が繰り返され、よって熱伝達係数の精度を向上させるこ
とができる。そして算出された誤差の判断を自動的に行
うことができる。そして又、熱伝達係数データベース内
のデータを適宜に利用することが可能であって、解析作
業の効率化が図れる。According to the present invention, the heat transfer coefficient and each temperature of each node are variably set based on the numerical calculation by the heat transfer coefficient setting section, and the analysis error evaluation section sets the heat transfer coefficient and each temperature. Based on the determination as to whether or not the analysis error between each set temperature and each sampled temperature is within a predetermined error range, the heat transfer coefficient of each of the nodes and The temperature and the temperature are variably set so that the calculation is executed for the next sampling or the calculation is stopped and the heat transfer coefficient is registered in the heat transfer coefficient database. The analysis is repeated while changing the heat transfer coefficient until the heat transfer coefficient converges, so that the accuracy of the heat transfer coefficient can be improved. Then, the calculated error can be automatically determined. Further, the data in the heat transfer coefficient database can be appropriately used, and the efficiency of the analysis operation can be improved.
【００２３】そして請求項５記載の発明によれば、熱伝
達係数設定部による数値計算に基づいて、且つ所定のサ
ンプリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度とを可
変設定するようにし、解析誤差評価部によって、その設
定された各温度と当該サンプリングされた各温度との解
析誤差が所定の誤差範囲外のときは熱伝達係数設定部に
対して前記各節点の熱伝達係数と各温度とを可変設定さ
せて前記算出を次のサンプリングに対して実行せしめ該
誤差範囲内のときは該算出を停止せしめて当該熱伝達係
数を熱伝達係数データベースに登録せしめるようにした
ので、サンプリング間隔毎に定常状態になる時点まで数
値計算の動作が繰り返されて、時間と温度とに依存する
熱伝達係数が算出可能になる。According to the fifth aspect of the present invention, the heat transfer coefficient and each temperature of each node are variably set based on a numerical calculation by the heat transfer coefficient setting unit and at predetermined sampling intervals. When an analysis error between each set temperature and each sampled temperature is out of a predetermined error range by an analysis error evaluation unit, the heat transfer coefficient of each node and each temperature are transmitted to a heat transfer coefficient setting unit. Is variably set, the calculation is executed for the next sampling, and when the error is within the error range, the calculation is stopped and the heat transfer coefficient is registered in the heat transfer coefficient database. The operation of numerical calculation is repeated until a steady state is reached, so that a heat transfer coefficient depending on time and temperature can be calculated.
【図１】本発明の実施の形態例を示す熱伝達係数算出装
置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a heat transfer coefficient calculating device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１における実験測定部２のモデル構造物の形
態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a form of a model structure of an experimental measurement unit 2 in FIG.
【図３】本発明のプログラム制御を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing program control according to the present invention.
【図４】熱伝達係数データベースに登録されているデー
タ例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of data registered in a heat transfer coefficient database.
１ 熱伝達係数算出装置 ２ 実験測定部 ３ 数値計算部 ４ インターフェース ５ 熱伝達係数データベース ６ モデル構造物 ７ 構造物本体 ８ 支持台 ９ 支持部材 10 初期条件設定部 11 熱伝達係数設定部 12 計算部 13 解析誤差評価部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat transfer coefficient calculation apparatus 2 Experimental measurement part 3 Numerical calculation part 4 Interface 5 Heat transfer coefficient database 6 Model structure 7 Structural body 8 Support base 9 Support member 10 Initial condition setting part 11 Heat transfer coefficient setting part 12 Calculation part 13 Analysis error evaluation unit
Claims (5)
純化させてなるモデル構造物を加熱して温度上昇させそ
のときのモデル構造物の内部温度と表面温度とを温度セ
ンサを用いてサンプリングする実験測定部と、実験測定
部に対して近似してなる有限要素モデルを設定し且つモ
デル構造物と空気接触してなるその各表面に対して近似
した熱伝達係数を設定してモデル構造物の各節点の温度
を各サンプリング毎に算出し当該実験値を当該算出値と
比較してその偏差を縮小すべく前記設定した熱伝達係数
を逐次補正演算する数値計算部と、前記演算された各熱
伝達係数を登録する熱伝達係数データベースとを備えた
ことを特徴とする熱伝達係数算出装置。1. A model structure which is simplified to a representative shape for calculating a heat transfer coefficient is heated to raise the temperature, and the internal temperature and surface temperature of the model structure at that time are measured using a temperature sensor. An experimental measurement unit to be sampled and a finite element model approximating the experimental measurement unit are set, and an approximate heat transfer coefficient is set for each surface of the model structure in air contact. A numerical calculation unit that calculates the temperature of each node of the object for each sampling, compares the experimental value with the calculated value, and sequentially corrects the set heat transfer coefficient to reduce the deviation; and A heat transfer coefficient calculation device comprising: a heat transfer coefficient database for registering each heat transfer coefficient.
と、構造物本体の被測定対象の各表面を周囲の空気と接
触させた状態で構造物本体を支えてなる支持台とで形成
されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝達係数
算出装置。2. A model structure is formed by a block-shaped structure main body and a support base for supporting the structure main body in a state where each surface of a measured object of the structure main body is brought into contact with ambient air. The heat transfer coefficient calculation device according to claim 1, wherein the heat transfer coefficient is calculated.
プリング間隔とを設定し且つ熱伝達係数を演算するため
に各節点における各温度の仮定の初期値を当初のサンプ
リングに対する比較対象として適宜設定せしめると共に
サンプリング毎に数値計算部による各温度の演算結果を
次のサンプリングに対する比較対象として設定せしめる
べく制御信号を送出するインターフェースを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の熱伝達係数算出装置。3. A temperature measurement time and a sampling interval of each part of the model structure are set, and a hypothetical initial value of each temperature at each node is appropriately set as an object to be compared with the initial sampling in order to calculate a heat transfer coefficient. 2. The heat transfer coefficient calculating device according to claim 1, further comprising an interface for transmitting a control signal to set a calculation result of each temperature by the numerical calculation unit as a comparison target for the next sampling for each sampling.
の熱伝達係数と各温度とを可変設定する熱伝達係数設定
部と、熱伝達係数設定部によって設定された各温度と当
該サンプリングされた各温度との誤差を算出してこれが
所定の誤差範囲内であるか否かを判定して該判定に基づ
いて熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数
と各温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプリン
グに対して実行せしめ又は該算出を停止せしめて当該熱
伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せしめる解析
誤差評価部とを備えてなり、前記熱伝達係数設定部は、
各節点における各温度の仮定の初期値として、当初のサ
ンプリングに対する比較対象として適宜設定可能にし又
は、当該モデル構造物に係わる熱伝達係数として熱伝達
係数データベースに登録されている該当の各熱伝達係数
データを適宜設定可能にしていることを特徴とする請求
項１記載の熱伝達係数算出装置。4. A numerical calculation section comprising: a heat transfer coefficient setting section for variably setting a heat transfer coefficient and each temperature at each node based on a numerical calculation; each temperature set by the heat transfer coefficient setting section; Calculated the error with each temperature, and determines whether this is within a predetermined error range, and based on the determination, the heat transfer coefficient of each node and each temperature with respect to the heat transfer coefficient setting unit. Variably setting the calculation to be performed for the next sampling or stopping the calculation and registering the heat transfer coefficient in the heat transfer coefficient database. The setting part is
As the initial value of the assumption of each temperature at each node, it can be set as appropriate as a comparison target for the initial sampling, or the relevant heat transfer coefficient registered in the heat transfer coefficient database as the heat transfer coefficient for the model structure The heat transfer coefficient calculation device according to claim 1, wherein the data can be set as appropriate.
定のサンプリング間隔毎に各節点の熱伝達係数と各温度
とを可変設定する熱伝達係数設定部と、熱伝達係数設定
部によって設定された各温度と当該サンプリングされた
各温度との誤差を算出して算出された解析誤差が所定の
誤差範囲内であるか否かを判定して誤差範囲外のときは
熱伝達係数設定部に対して前記各節点の熱伝達係数と各
温度とを可変設定させて前記算出を次のサンプリングに
対して実行せしめ誤差範囲内のときは該算出を停止せし
めて当該熱伝達係数を熱伝達係数データベースに登録せ
しめる解析誤差評価部とを備えてなることを特徴とする
請求項１記載の熱伝達係数算出装置。5. A heat transfer coefficient setting section for variably setting the heat transfer coefficient and each temperature of each node based on the numerical calculation and at predetermined sampling intervals, and a heat transfer coefficient setting section. It is determined whether or not the analysis error calculated by calculating the error between each sampled temperature and each sampled temperature is within a predetermined error range. On the other hand, the heat transfer coefficient of each node and each temperature are variably set, and the calculation is executed for the next sampling. When the error is within the error range, the calculation is stopped and the heat transfer coefficient is converted to the heat transfer coefficient data. 2. The heat transfer coefficient calculation device according to claim 1, further comprising: an analysis error evaluation unit registered in the database.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207985A JPH1048166A (en) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | Apparatus for calculating heat transfer coefficient |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8207985A JPH1048166A (en) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | Apparatus for calculating heat transfer coefficient |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048166A true JPH1048166A (en) | 1998-02-20 |
Family
ID=16548779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8207985A Pending JPH1048166A (en) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | Apparatus for calculating heat transfer coefficient |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1048166A (en) |
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-
1996
- 1996-08-07 JP JP8207985A patent/JPH1048166A/en active Pending
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