Ověření možnosti využití programu COMSOLMultiphysics jako prostředí pro simulace tepelného chování systémů s akumulací

Ing. Vladimír GERLICH

Doctoral thesis

Verification of Possibility of Using COMSOL Multiphysics as Simulation Tool for Heat Transfer Calculation in Systems with Accumulation

Abstract:

Simulace tepelného chování systémů s akumulací slouží při současném ekonomicko-ekologickém trendu snažícím se o snižování nákladů na provoz těchto zařízení jako prostředek pro jeho uskutečňování. Tato práce se proto zabývá validací simulačního programu, který se neomezuje pouze na modelování a výpočet tepelného chování systémů, ale umožňuje i simulaci dalších fyzikálních dějů (např. přenos vlhkosti). Analytická část disertační práce se skládá z teoretického popisu přenosu tepla (s důrazem zejména na části, které jsou důležité pro popis tohoto děje v prostředí budov), poskytuje zdůvodnění zaměření této práce na program COMSOL Multiphysics a v závěrečné části se zabývá problematikou numerického řešení diferenciálních rovnic. Jednotlivými validačními kroky, ve kterých dochází k propojení teoretických poznatků čerpaných z literatury s tvorbou modelů založených na přenosu tepla, se zabývá praktická část této práce. Jsou zde porovnány simulační výstupy vytvořených modelů jak s analytickými výsledky (analytická verifikace), tak i s výsledky dalších simulačních programů (komparativní test) a hodnot získaných měřením (experimentální verifikace). Dílčí problémy nastaly zejména s výpočtem přenosu tepla sáláním mezi vnitřními povrchy místnosti. Po vyhodnocení všech dílčích úkolů a jednotlivých odchylek modelů je program COMSOL Multiphysics shledán vhodným nástrojem pro modelování fyzikálních dějů založených na numerickém řešení parciálních diferenciálních rovnic.

Abstract:

The economic and ecological trend in reducing costs of building operations caused growing importance of modelling and simulation of these systems in recent years. This work is, therefore, focused on the validation process of the simulation software COMSOL Multiphysics. This software is used for the heat transfer calculation in this work, although it is not specialized only in this effect. The software allows calculation of multiphysic systems (coupling and simulation of more physical effects in parallel), but it also offers the possibility of creating models connected to the MATLAB environment to control the specific model parameters. The analytical part consists of a theoretical introduction to the heat transfer in buildings, and presents reasons for focusing on the COMSOL Multiphysics. Finally, it brings a brief illustration of numerical solution of differential equations. The practical part is focused on three basic validation steps, which connects the theoretical background with the creation of practical models. The simulation outputs of the COMSOL Multiphysics software are compared with the analytical results (analytical verification) as well as with the results from other simulation software (comparative test), and finally to the experimental results (experimental verification). As a conclusion of the test results the COMSOL Multiphysics is successfully validated with minor deficiencies when using for the calculation of the heat transfer by radiation, which brings problems with calculating the heat transfer by radiation between the internal wall surfaces.

Keywords

přenos tepla, simulace budov, srovnávací test, validace programu, COMSOL Multiphysics

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 10. 2012

Accessible from:: 1. 10. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 28. 11. 2012

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Applied Informatics

Doctoral programme / field:
Engineering Informatics / Engineering Informatics