Toleranzanalyse einer Radioteleskopverankerung
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: TemperaturfelderDas ESO (European Southern Observatory) hat CADFEM mit einer konjugierten Wärmeübergangsanalyse für die Radioteleskopanlage ALMA in Chile beauftragt. Die Strömungssimulation in Ansys CFX soll die Auslegung des Klimatisierungssystems (HVAC) optimieren.
Zusammenfassung
Aufgabe
Für die absolute Genauigkeit der astronomischen Beobachtungen ist eine bestimmte Betriebstemperatur der ALMA-Observatorium-Struktur von wesentlicher Bedeutung. Eine Strömungssimulation soll eine optimale Auslegung des Klimatisierungssystems (HVAC) sicherstellen.
Lösung
Die turbulente Strömung um das Kalibrierungsziel verursacht einen Kühleffekt der Gehäusestruktur. Um diesen Einfluss auf die Temperaturverläufe an der festen Struktur zu klären, wurde eine konjugierte Wärmeübergangsanalyse in Ansys CFX durchgeführt. Für die Folienheizer wurde eine spezifizierte Wärmeerzeugung berücksichtigt.
Kundennutzen
Die Simulation der Wechselwirkung zwischen dem Strömungsfeld und der Temperatur direkt in einer gekoppelten Analyse spart Kosten für zusätzliche Simulationsschleifen und führt zu verlässlichen Ergebnissen.
Das Kalibrierungsziel ist in einer Antenne des ALMA (Atacama Large Millimeter Array) Projekts installiert. Mittels eines HVAC-Systems (Heizung, Belüftung und Klimatisierung) wird eine turbulente Luftströmung erzeugt. Für die absolute Genauigkeit der astronomischen Beobachtungen ist jedoch eine bestimmte und konstante Betriebstemperatur der Struktur von wesentlicher Bedeutung. Es wurden verschiedene Lastfälle durchgeführt, um die Umgebungsluftbedingungen und deren Einfluss auf die Betriebsstruktur zu simulieren.
Üblicherweise wird nur ein vage geschätzter Wärmeaustausch mit der Umgebung (z.B. Konvektionskoeffizienten) als Randbedingung für das thermische Strukturmodell verwendet. Die exakte Simulation der Wechselwirkung zwischen dem Strömungsfeld und der Temperatur direkt in einer gekoppelten Analyse spart Kosten für zusätzliche Simulationsschleifen und führt zu verlässlichen Ergebnissen.
Die Luftströmungsgeschwindigkeit ist in den inneren Bereichen des Kalibrierungsziels gering. Daher wird die Luft durch die heißen Außenwände des Observatoriums stark aufgeheizt. Die turbulente Strömung um das Kalibrierungsziel verursacht einen gewissen Kühleffekt der Gehäusestruktur. Um diesen Einfluss auf die Temperaturverläufe an der festen Struktur zu klären, wurde eine konjugierte Wärmeübergangsanalyse durchgeführt. Für die Folienheizer wurde eine spezifizierte Wärmeerzeugung berücksichtigt. Sowohl das Fluidvolumen als auch die Festkörperstruktur mussten modelliert und vernetzt werden. Aufgrund der Symmetrie war ein Halbmodell ausreichend.
