SOLIDWORKS Simulación de fluidos. SIMULACIÓN DE CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA ELECTRICA.

SOLIDWORKS Simulación de fluidos nos permite realizar un sinfin de simulaciones, como la simulación del calor producido por la circulación de la corriente eléctrica a través de un sólido conductor.

Este fenómeno del que hablamos es conocido como el fenómeno de Joule Heating y se produce en todos los elementos solidos conductores de electricidad, esto es debido a la resistencia eléctrica (Ohm) de los metales.

 

¿Qué es el Fenómeno Joule Heating?

Si aplicamos en SOLIDWORKS Simulación de fluidos una diferencia de potencial (Voltaje) entre dos caras de un sólido, se producirá una densidad de corriente eléctrica que entrará desde la cara de mayor voltaje y saldrá por la cara de menor voltaje.

Esta densidad eléctrica produce un calentamiento de la materia solida cuya temperatura está en función de la densidad de la corriente generada, de la geometría y de la resistividad del material.

 

¿Cómo se realiza este tipo de estudios de simulación de fluidos?

 

Para poder realizar este tipo de estudio de simulación de fluidos, primero tenemos que definir las propiedades del material activando Conductividad Eléctrica en la Base de Datos de Materiales de SOLIDWORKS Flow Simulation.

Por otra parte, necesitamos definir los valores de Resistividad que puede ser un valor constante o un valor dependiente de la temperatura como en ese caso:

En el ejemplo siguiente vamos a calcular las temperaturas que alcanza una resistencia utilizada normalmente para calentar los espejos retrovisores de algunos vehículos:

Supondremos que el conjunto está rodeado de aire y que su temperatura inicial es de 2º C.

 

En la definición de los parámetros generales del estudio, necesitamos activar el cálculo térmico en los sólidos, además de añadir la gravedad en caso de querer simular el movimiento del aire que rodea los sólidos al calentarse.

Definiremos una diferencia de potencial de 12 V indicando las caras en las que se conecta la resistencia a la batería del vehículo.

También podemos añadir datos relacionados con la resistencia de contacto entre los distintos sólidos que se encuentran en el conjunto.

Para realizar el cálculo, necesitamos definir un tamaño de malla más fino en la zona de la resistencia para lo cual podemos usar una malla local más fina en dichas zonas:

Tras realizar el cálculo obtenemos los datos te temperaturas, densidad de la corriente eléctrica, tiempo de calentamiento, etc.

En la imagen superior izquierda podemos ver una sección con las temperaturas del aire que rodea el conjunto. En la imagen superior derecha, vemos cual es la distribución de temperaturas en las superficies exteriores del cristal y la resistencia.

SOLIDWORKS Flow Simulation además simula otros muchos tipos de fenómenos físicos, como:
  • Condensación
  • Cavitación
  • Mezcla de fluidos
  • Cálculo de coeficientes aero dinámicos