Agros 2D pohledem cvičené opice (teplo ve stavebních konstrukcích)

Agrosu jsem se po přečtení recenze na abclinuxu.cz docela bál (Agros je i pro Windows) - pokládal jsem ho za spartánskou akademickou hračku pro lidi, kteří prošli minovým polem trojných integrálů na některé z fakult ČVUT. Není tomu tak - ovládání a model problému jsou do té míry jednoduché, že jsem se zorientoval na bázi středoškolské (či snad dokonce základoškolské) matematiky a fyziky. Pravda občasné zmínky o integrálech v uživatelském rozhraní mě tolik nerozhodily především proto, že i na VŠE nám zhruba vysvětlili, o co jde... Praktické vysvětlení: klepnete na hranu a ve výsledcích vpravo se Vám ukáže, kolik tepla (ve Wattech) tou "hranou" teče. Nebo klepnete na ohraničenou oblast a dozvíte se průměrnou teplotu.

Agros2D používá pro zadání problému (počítaného objektu) poměrně jednoduchou geometrii: body ("uzly"), mezi nimi úsečkové spojnice ("hrany"), pomocí těchto primitiv se "vykolíkují" uzavřené oblasti.

Pokud do oblasti vložíte značku, můžete touto značkou přiřadit materiál, který tuto oblast tvoří. Materiály si vytváříte sami - stačí název a jmenovitá vodivost.

Na hranách mezi některou uzavřenou oblastí a "neuzavřeným okolím" je třeba určit, co se na hraně děje s teplem a teplotou - jaká je teplota "vnějšího okolí" a koeficient přestupu tepla (resp. tepelná vodivost). Tomu se říká "okrajová podmínka". Vnitřní hrany mezi definovanými oblastmi (materiály) lze pro jednoduchost ponechat bez upřesnění, tzn. "dokonale tepelně vodivé".

Agros toho umí víc, umí počítat kromě "ustáleného stavu" i vývoj v čase (proto materiály kromě jmenovité vodivosti mají také tepelnou kapacitu). Agros toho umí dokonce mnohem víc - kromě tepla umí počítat i elektromagnetická a akustická pole apod. Ale tyhle další schopnosti Vás při základní práci s ustáleným stavem nijak neruší.

Jako výchozí bod pro vlastní experimenty můžete používat například přiložené modely.

Člověku zmlsanému vektorovými grafickými editory a CADy bude připadat editor geometrie v Agrosu svérázný a nešikovný - ale jednoduché věci se v něm nakreslit dají a u složitějších modelů třeba pomůže import DXF.

Praktický postup: Nejprve kreslete uzly (body). Pokud podržíte CTRL, budou umisťované body (kliknutím) snapovat k mřížce. Následně double-click na vytvořený bod otevře okénko s jeho souřadnicemi, kde lze umístění upřesnit. Mezi body lze následně tahat hrany. Držíte CTRL a klikáte poblíž bodů. Pokud při kreslení hran zjistíte, že Vám nějaký bod chybí, jistě není problém přepnout se do režimu "uzly" a pár bodů si přidat. V režimu "uzly" lze myší označovat pouze uzlové body (ne hrany, ne značky oblastí). Analogicky fungují režimy "hrany" a "značky oblastí". V rámci těchto kontextů pracuje také "rámeček pro výběr bloku".

Pokud chcete posunout či zkopírovat kus modelu, doporučuji napřed označit do bloku hrany, zkopírují/přesunou se i body. Následně je třeba se přepnout do režimu "značky oblastí" a operaci opakovat. Přesun či kopírování bloku zařizuje ikonka "transformace".

Pokud si nakreslíte bod někam doprostřed na hotovou hranu, nebo natáhnete hranu z A do B přesně přes nějaký mezilehlý bod, tak tento mezilehlý bod se do hrany sám _nezařadí_. Jedinou šancí je "přetnutou" hranu smazat a ručně vytvořit dvě dílčí kratší hrany.

Pokud chcete vybrat více hran (třeba jim všem přiřadit okrajovou podmínku), není třeba držet CTRL či Shift - prostě jenom klikáte a hrany se přidávají do výběru.

Pokud chcete otevřít vlastnosti objektu intuitivně pravým myšítkem přes kontextové menu, je potřeba tento objekt (uzel, hranu nebo značku oblasti) napřed označit levým myšítkem.

Když máte geometrii hotovou, materiály a "okrajové podmínky" přiřazené, stisknete tlačítko "play" (žlutá šipka, jako na kazeťáku) - a Agros se pokusí "spočítat izotermy". Pokud narazí na nějaký nesmysl v zadání, tak na něj docela přesně upozorní.

Agros2D počítá "dvojrozměrně" - berte to tak, že hloubka objektu ve třetím rozměru (kolmo k obrazovce) je 1 m. Takže zeď o výšce 1m by měla plochu 1 m2. Odtud se odvíjejí tepelné toky - tok není na úsečce, ale vlastně na ploše.

Jako omezení Agrosu (kromě již zmíněného minimalistického grafického editoru) pro potřeby zkoumání tepla ve stavebních konstrukcích je třeba zmínit, že v Agrosu (nejspíš) nejde bezezbytku namodelovat chování vzduchu v místnostech = "konvekce" s částečně chaotickou cirkulací. Hypoteticky by se dalo pracovat se jmenovitou tepelnou vodivostí vzduchu, ale problém je, že cirkulace může znamenat řádový rozdíl "ekvivalentní vodivosti" a ostatně také přestupu tepla na stěnách. Chování vzduchu v místnosti lze tedy aproximovat asi jedině/nejlépe okrajovou podmínkou s konstantní teplotou a koeficientem přestupu. Chování vzduchu v nevytápěné místnosti (třeba v suterénu) se pak modeluje poměrně problematicky... možná ale v tomto případě prostá jmenovitá vodivost vzduchu poslouží lépe, protože samotížná cirkulace zde patrně nebude nijak zásadní. Nebo lze problém napřed spočítat s jmenovitou vodivostí vzduchu, nechat si od Agrosu spočítat průměrnou teplotu v ploše oblasti suterénu, a poté model upravit na okrajovou podmínku s konstantní teplotou, za kterou dosadíme vypočtený průměr...

Sečteno a podtrženo, soudě podle mé maličkosti zvládne Agros ovládat cvičená opice. Přiznám se, že jsem Agros podrobněji nezkoumal, takže je možné, že výše uvedené poznatky jsou částečně nesmysly.

Domů