2. Моделирование

1) Запустить ELCUT.

2) В меню «Файл» – «Создать…» - «Задача ELCUT». В окне «Создание задачи» (рисунок 5) введите имя и расположение новой задачи (выберите папку, указанную преподавателем, присвойте задаче имя «**** - **», где **** – номер Вашей группы, ** - номер подгруппы на выполнение лабораторной). Нажмите «Далее».

В окне «Ввод параметров новой задачи» (рисунок 6) выберите тип задачи «Температурное поле». Класс модели – «Плоская». Расчет – «Обычный». Нажмите «Далее». При помощи кнопки «Обзор» выберите файл геометрии (по заданию преподавателя).

В окне «Выбор системы координат» (рисунок 7) выберите единицы длины - миллиметры, систему координат – Декартову. Нажмите «Готово». Вы вернулись в основное рабочее окно программы.

3. В рабочем окне программы слева находится столбец, отображающий структуру созданной задачи. Кликните правой кнопкой мыши по вкладке «Геометрия» - «Открыть». В открывшемся файле геометрии выберите вид модели для дальнейшей работы (соответственно типу ЭРЭ в экспериментальной части).

4. В меню «Вид» отключите «Шаги дискретизации».

5. В окне свойств задачи (слева) откройте папку «Физические свойства». Она включает в себя три подпапки: «Метки блоков», «Метки ребер», «Метки вершин».

Кликните правой кнопкой мыши по вкладке «Метки блоков».

Рисунок 5 – Окно «Создание задачи» Рисунок 6 – Окно «Ввод параметров новой задачи»

Рисунок 7 – Окно «Выбор системы координат»

3. Создайте метку блока, соответствующего воде. Кликните правой кнопкой мыши по папке "Метки блоков" и выберите "Создать метку". Введите название метки «Water», предназначенной для задания свойств воды.

Кликните правой кнопкой мыши по метке «Water», откройте вкладку «Свойства». Теплопроводность воды зависит от температуры, поставьте галочку «Нелинейный материал» и заполните открывшуюся таблицу свойств для температур, близких к экспериментальным, согласно табл. 4 (см. рисунок 8). Нажмите «Закрыть».

Далее заполните свойства для переходных процессов в окне «Свойства метки блока Water» (рисунок 9). Задайте зависимость удельной теплоемкости воды С от температуры (таблица 4), поставив галочку «Зависит от температуры» (см. рисунок 10). Нажмите «Закрыть». Введите значение плотности воды ρ = 1000 кг/м³. Координаты – Декартовы. «ОК».

Таблица 4 – Физические параметры воды на линии насыщения

T, ºС	, кг/м3	ср, дж/(кгград)	102, вт/(мград)	106, м2/сек	 104, град-1	Pr
0	999,9	4230	0,552	1,790	-0,63	13,7
10	999,6	4220	0,575	7,306	+0,70	9,56
20	998,2	4210	0,6000	1,006	1,82	7,06
30	995,6	4200	0,618	0,805	3,21	5,5
40	992,2	4200	0,635	0,659	3,87	4,3
50	988,0	4200	0,647	0,556	4,49	3,56
60	983,2	4210	0,660	0,478	5,3	3,00
70	977,7	4220	0,667	0,415	5,8	2,56
80	971,8	4220	0,674	0,366	6,3	2,23
90	965,3	4225	0,680	0,326	7,0	1,95
100	958,3	4230	0,682	0,295	7,5	1,75

где с_р - удельная теплоемкость жидкости при постоянном давлении, дж/(кгград);  - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м град);  - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м²/сек;  – коэффициент объемного расширения жидкости, град^-1.

Рисунок 8 – Редактирование кривой (Т) Рисунок 9 - Свойства метки блока Water

Рисунок 10 – Редактирование кривой С(Т)

3. Задайте метки ребер. Кликните правой кнопкой мыши на вкладке «Метки ребер» и выберите "Создать метку". Введите название метки соответственно измеренной в предыдущей части работы температуре, например, «29С» для ребер с температурой 29С по контуру резистора. Дважды кликните левой кнопкой мыши по значку созданной метки. Вы открыли окно задания свойств метки ребра 29С (рис. 11). Введите значение температуры ребра в градусах Кельвина. «ОК».

Аналогичным образом задайте метки для ребер с другими температурами (см. рисунок 13).

8) Задайте метки вершин. Кликните правой кнопкой мыши на вкладке "Метки вершин" и выберите "Создать метку". Введите название метки соответственно измеренной в предыдущей части работы температуре, например, "32С" для вершин с температурой 32С по контуру резистора. Дважды кликните левой кнопкой мыши по значку созданной метки. Вы открыли окно задания свойств метки вершины 32С (рисунок 12). Введите значение температуры ребра в градусах Кельвина. "ОК".

Аналогичным образом задайте метки для вершин с другими температурами (см. рисунок 13).

Рисунок 12 – Окно «Свойство метки вершины»

Рисунок 11 – Окно «Свойство метки ребра»

9. Присвойте созданные метки вершинам, ребрам и блокам модели согласно проведенным ранее измерениям и наблюдениям. Для примера используйте рисунок 13.

Выберите нужные блоки (соответствующие пространству, заполненному водой) при помощи левой кнопки мыши с одновременным нажатием клавиши Ctrl (рисунок 14). Для задания метки блокам кликните помеченную область правой кнопкой мыши и выберите «Свойства». В открывшемся окне (рисунок 14) выберите метку «Water» со свойствами воды. «ОК».

Далее аналогичным образом выбирайте и задавайте свойства ребрам и вершинам геометрической модели согласно наблюдениям и измерениям экспериментальной части работы. В качестве примера можно использовать рисунок 13.

10) Также следует задать температуру, измеренную в основных контрольных точках измерения (см. рисунок 13). Сначала создайте данные точки. Кликните правой кнопкой мыши по полю графического объекта. Выберите «Вставка ребер/вершин». Указатель курсора примет вид красной точки. Отметьте нажатием правой кнопки мыши место вставки точки. В появившемся окне введите координаты точки согласно данным, указанным в правом нижнем углу рабочего окна. Задайте метку точки.

11) Для построения сетки конечных элементов при помощи клавиши Ctrl и левой кнопки мыши выделите блоки «Water» (рисунок 14) и кликните правой кнопкой мыши в поле одного из них. Выберите «Построить сетку» - «В выделенных блоках». В свойствах блока попробуйте подобрать сетку дискретизации с наименьшим возможным шагом.

Рисунок 13 – Геометрическая модель резистора в ELCUT, главный вид

Рисунок 14 – Выделение блоков Рисунок 15 – Свойства выделенных объектов

12) После построения сетки можно приступать к решению задачи. В меню «Задача» выберите «Решить задачу». Сохраните изменения в проекте. После непродолжительного расчета на экране появится результат моделирования.

13) Кликните правой кнопкой мыши в поле модели и выберите «Картина поля». В открывшемся окне поставьте галочку «Изотермы» и введите масштаб изотерм 0,5К. «ОК». Скопируйте полученную картину температурного поля с изотермами в специально созданный документ Word.

Снова кликните правой кнопкой мыши в поле модели и выберите «Черно-белое изображение». Скопируйте результат в файл Word.

14) Постройте график распределения температуры по заданному преподавателем контуру (например, по направлению вертикально снизу вверх через центр ЭРЭ). Для этого щелкните правой клавишей мыши в поле модели и выберите «Добавить Линия/Ребро/Блок». Левой клавишей мыши обозначьте начальную точку контура и, не отпуская, ведите до конечной точки, отпустите клавишу. Теперь кликните правой клавишей мыши в поле модели и снимите галочку «Добавить (Линия)».

Правой клавишей мыши кликните в поле модели и выберите «График». Появится окно с графиком распределения температуры по заданной линии. В правом боковом окне вы можете переключить параметр «Температура» на «Градиент», «Тепловой поток», «Теплопроводность». Скопируйте нужный график в документ Word. В поле графика кликните правой кнопкой мыши и выберите «Таблица». Появится таблица распределения параметров модели по заданному контуру. Скройте ненужные столбцы, а таблицу с оставшимися скопируйте в файл.

15) Вернитесь в окно геометрии и скопируйте изображение геометрическую модель с построенной сеткой в файл. Удалите сетку из блоков, кликнув правой кнопкой мыши по выделенным блокам и выбрав «Удалить сетку» - «Во всех блоках». Скопируйте изображение без сетки. Внимательно зафиксируйте параметры заданных Вами меток. Зарисуйте, какие метки соответствуют различным блокам, ребрам и вершинам в проекте. Сохраните проект («Файл» – «Сохранить все файлы задачи»).

5 Требования к оформлению отчета

5.1 Оформление

Отчет должен составляться каждой подгруппой. Отчет должен быть оформлен в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским документам (ГОСТ 2.105-95) и требованиями ЕСКД.

5.2 Содержание