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Stationäre Temperaturanalyse

Eine stationäre Temperaturfeldberechnung liefert die Temperaturverteilung in einem System, das sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Die zeitliche Veränderung der Zustandsgrössen ist dabei längst abgeschlossen. Der zeitabhängige Term entfällt daher aus dem Gleichungssystem.

In vielen technischen Anwendungen ist die zeitliche Veränderung der lokalen Temperaturen für die Beurteilung nicht massgebend oder läuft entsprechend langsam ab, so dass bestimmte Beharrungszustände die thermischen Belastungen genau genug beschreiben. In diesen Fällen ist eine stationäre Temperaturfeldsimulation völlig ausreichend.


Rechenzeit / Modellgrösse

Stationäre Temperaturfeldsimulationen sind deutlich weniger rechenzeitintensiv als transiente. Dies liegt zum einen daran, dass nur einzelne Zeitpunkte und nicht ein ganzer Zeitbereich betrachtet werden muss und zum anderen, weil das reduzierte Gleichungssystem weniger aufwändig zu lösen ist.

Neben der Modellgrösse hängt die Rechenzeit stark von den im Modell berücksichtigten Effekten zur Wärmeübertragung ab. Starke Nichtlinearitäten, wie der Phasenübergang oder die Wärmestrahlung, erfordern zwangsläufig mehr Iterationen und damit mehr Zeit zur Lösungsfindung.


Bedeutung

Die Temperaturfeldsimulation im Allgemeinen und die stationäre im Besonderen hat einen grossen Stellenwert in der virtuellen Produktentwicklung. Bei vielen Bauteilen, vor allem in der Elektronik, ist aus Versuchsdaten ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Temperatur und Funktion bzw. Lebensdauer der einzelnen Bauelemente bekannt. In diesen Fällen reicht daher meist die maximale Temperatur für die Beurteilung.

In anderen Fällen dient die Temperatur als Randbedingung und Eingangsgrösse für eine nachfolgende Strukturanalyse. Die Temperatur wird dabei zur Definition der lokalen, temperaturabhängigen Materialeigenschaften gebraucht und die resultierenden thermischen Dehnungen gehen anschliessend in die Bewertung der Bauteilbelastungen ein.

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