在workbench中，可以進行熱輻射分析計算的Mechanical模塊主要有穩態/瞬態耦合場、穩態/瞬態熱等，其工程圖如圖 1所示。各個模塊的輻射傳熱設置非常相近，接下來以穩態熱模塊演示一個簡單熱輻射案例。

圖 1 能夠進行熱輻射計算的Mechanical模塊

現有一幾何模型如圖 2所示，由一個圓臺筒和位于圓臺筒中心的小圓柱體組成。其中，小圓柱的側面是溫度為700℃的熱邊界；所有表面均可產生熱輻射，熱輻射率為0.7；環境溫度為4K。

圖 2 穩態熱模塊熱輻射計算演示案例幾何模型

1 設定傳熱邊界條件

首先設定輻射傳熱條件。在steady-state thermal項目樹下添加“radiation”分支。

在設置框中選定對應的輻射面。

在Correlation選項中可以選擇輻射至環境和面到面輻射，其中輻射至環境指的是所有面產生的輻射均輻射至環境，不會產生面和面之間的輻射；面到面輻射則考慮實體面之間的輻射，不在面和面之間的輻射依然默認為輻射至環境中，該選項需要計算所有輻射面上單元面的角系數，在工作目錄生成角系數文件。本案例考慮面到面之間的輻射，選擇為“surface to surface”。

設定輻射率，此處設定為0.7。設定環境溫度，此處設定為-269.15℃。默認輻射空間序號為1，如果在計算過程中添加了多個“radiation”分支，不同分支之間輻射空間序號相同部分會放到一個空間內進行計算，序號不同的部分則不會有輻射關聯。此處輻射空間序號的設置并沒有什么限制，同一個輻射空間的保證為同一個序號，不同輻射空間的保證為不同序號即可。

圖 3 穩態熱模塊輻射傳熱分支設置

設置完輻射傳熱邊界條件后，再設定其他熱邊界條件。此處需要添加“temperature”分支設定小圓柱體的側面溫度為700℃，如圖 4所示。

圖 4 穩態熱模塊其他熱邊界條件設定

2 角系數文件設置

默認情況下，workbench在計算完輻射面的角系數之后會生成角系數文件，并且在計算完之后自動刪除該文件。如果輻射面的單元數量較多，例如在7萬以上，生成角系數需要較長的時間。實際上在mechanical生成角系數文件后，如果需要重新計算，在沒有改動網格和熱輻射邊界條件設置的情況下可以直接讀取已生成的角系數文件，而不需要重新生成。這里需要進行專門的設置。

首先，點擊項目樹下的“Analysis Settings”，在設置框中展開“Analysis Data Management”，將“Delete Unneeded Files”設置為No，如圖 5所示。這樣在計算結束時程序不會把工作目錄下的角系數文件刪除掉。

圖 5 設置程序計算結束時保留角系數文件

默認情況下，角系數文件的文件名為“file0.vf”。需要注意，重新開始計算時，程序會把工作目錄下包括角系數文件在內的所有文件清空，因此需要把生成的角系數文件遷移到安全目錄下。另外要注意需要設定全英文路徑，且路徑中不能出現空格。

在steady-state thermal下添加命令分支，插入VFOPT命令使得在求解之前程序讀取已有的角系數文件。本案例的命令為：

VFOPT, read, file0, vf, C:/Users/Documents/ANSYS, , ,

其中C:/Users/Documents/ANSYS為角系數文件所在的路徑，它不能帶雙引號。設置界面如圖 6所示。

圖 6 插入VFOPT命令讀取角系數文件

如果原先并沒有角系數文件，則不能插入該命令，需要修改命令，計算生成角系數文件。

默認情況下，當輻射面單元數量較大（例如1萬）時，生成的角系數文件會較大，可使用VFOPT命令對角系數文件進行壓縮。如果是初次生成角系數文件，可插入命令：

VFOPT, NEW, file0, vf, C:/Users/Documents/ANSYS, BINA,1,

該命令生成的角系數文件雖然會變小，但使用串行方法計算角系數，速度較慢。如果希望并行求解角系數的同時壓縮產生的角系數文件，則可插入命令：

VFOPT, OFF, file0, vf, C:/Users/Documents/ANSYS, BINA,1,

讀取角系數文件正常使用VFOPT命令讀入即可。

3 求解及后處理

完成以上設置后，點擊求解得到結果。在Solution下插入temperature分支，在設置框中選擇需要顯示溫度的幾何體，然后右鍵點擊temperature，點擊Retrieve This Result生成溫度分布云圖，操作如圖 7所示。

圖 7 選擇需要的幾何體生成溫度分布云圖

生成的結果如圖 8所示，整體較為合理。

(a) 小圓柱溫度分布	(b) 圓臺筒溫度分布

圖 8 穩態熱模塊熱輻射案例分析溫度分布