熱輻射分析的案例
ANSYS Workbench穩態熱輻射分析案例
熱輻射
一、熱輻射特性
1、輻射熱傳遞是通過電磁波傳遞熱能的方法。熱輻射的電磁波波長為0.1~100um。這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長和長波；
2、不像其他熱傳遞方式需要介質，輻射在真空中（如外層空間）效率最高；
3、對于半透明體（如玻璃），輻射是三維實體現象，因為輻射從體中發散出；
4、對于不透明體，輻射主要是平面現象，因為幾乎所有內部輻射都被實體吸收了。
5、兩平面間的輻射熱傳遞與他們平面絕對溫度差的四次方成正比，因此，輻射分析是非線性的，需要迭代求解；
二、ANSYS中熱輻射的處理方法
1、ANSYS中關于輻射的重要假設
（1）ANSYS認為輻射是平面現象，因此適合用不透明平面建模；
（2）ANSYS不直接計入平面反射率。考慮到效率，假設平面吸收率和發射率相等。因此，只有發射率特性需要在ANSYS輻射分析中定義。
（3）ANSYS不自動計入發射率的方向特性，也不允許發射率定義隨波長變化。發射率可以在某些單元中定義為溫度的函數。
（4）ANSYS中所有分隔輻射面的介質在計算輻射能量交換時都看作是不參與輻射的能量交換（不吸收也不發射能量）。
2、ANSYS求解方法
ANSYS使用一個簡單的過程求解多個平面輻射問題，矩陣形式如下：
[K’]{T}={Q}
其中，[K’]是的T3函數。
生成多平面問題系統的矩陣要比前面列出的簡單因子近似方法復雜。輻射是高度非線性分析，需要使用牛頓-拉夫森迭代求解。
穩態熱輻射分析案例
1.案例介紹
一個螺旋金屬棒內側有個圓柱結構，利用Workbench平臺中的APDL熱輻射命令，分析當螺旋金屬棒有0.5w/m3的損耗密度時，整體結構的熱分布。
展開 ABAQUS培訓案例之熱分析-熱輻射
圖1模型示意圖
今天給大家分享的是熱輻射分析。如圖1所示，模型由2個part組成，一個是fin，其周期對稱性在設置輻射換熱時可以設置，另一個代表周邊環境的ambient。模型先進行了穩態分析，然后建立2個瞬態分析步，實現環境溫度為800時對fin加熱的過程，和環境溫度38時fin部件的冷卻過程。當然除了ambient和fin的輻射換熱，ambient和fin也分別建立了Surface film condition換熱。下面詳解每個步驟的設置。
目標：輻射換熱與對流換熱設置，cavity radiation應用。
材料：材料參數定義了Density為7800，Conductivity和SpecificHeat分別為50和500（SI單位制）。
分析步設置：本案例設置了三個分析步，step-1為熱穩態分析步，step-2和step-3為瞬態分析步，如下圖所示。歷史輸出設置output三個節點的溫度輸出。
圖2 分析步設置
相互作用設置：定義了三個換熱條件，設置bot面換熱系數Surfacefilm condition為2500，熱沉溫度100，srfs面換熱系數Surface film condition為10，step-1熱沉溫度38，step-2時為800，step-3時改為38。設置srfs和samb之間的輻射換熱Cavity radiation，發射系數為0.8和1，并設置Symmetry對稱，如下圖所示。
圖3 換熱設置
邊界條件：設置所有區域初始溫度為77，ambient的溫度step-1時38，step-2時為800（加熱過程），step-3時改為38（冷卻過程）。
展開 ANSYS workbench圓環輻射熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習圓環的三維模型處理
2、學習圓環輻射熱分析步的建立
3、學習圓環輻射熱分析的載荷施加
4、學習圓環輻射熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 圓環輻射熱分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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I-DEAS TMG熱輻射分析教程
TMG 熱分析--輻射
1、建模方法說明
1 學習如何創建幾何的網格零件，添加新網格；
2 開始使用基本的邊界條件，逐步使用越來越復雜的邊界條件
3 求解并學習如何檢查一步一步的解算方案
2、建立模型
創建并分割內部塊體
創建主零件的250x150x150mm 塊體..........
I-DEAS_TMG熱輻射分析教程.pdf
實心球熱輻射分析
1.問題描述
一個直徑為1m、初始溫度為2000K的金屬實心球體在300K的環境中（假設沒有對流換熱）熱輻射降溫的過程。考慮到球的對稱性，可將其簡化為軸對稱模型進行分析，也可采用實體模型進行分析。本文中采用實體模型進行熱輻射分析。
2.有限元解
2.1.絕對零度和斯蒂芬~玻爾茲曼常數設置
絕對零度設為0；斯蒂芬~玻爾茲曼常數設為5.67E-8W/(m2·K4)。
2.2.材料定義
該分析中采用國際單位制，各材料參數如下：密度7850kg/m3；導熱系數60.64W/(m·K)；比熱容460J/(kg·K)。
2.3.分析步設置
定義瞬態傳熱分析步，分析步時間為36000s。初始增量步設為0.1，最小增量步設為0.001，最大增量步設為100，最大增量步數設為1000。每個增量步所允許的溫度的最大變化設為50。
2.4.輻射率及環境溫度設置
輻射率設為1，環境溫度設為300K。
2.5.實心球初始溫度場設置
設置實心球體的初始溫度場為2000K。
2.6.網格劃分
低階熱傳導單元（DC3D8）。
2.7.溫度分布仿真結果
實心球球心溫度為501.8K，實心球表面溫度為489.8K。
來源：DeepFEA
展開 ANSYS Workbench Mechanical 熱輻射傳熱分析方法操作
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。
展開 abaqus輻射熱分析（面與面之間的輻射） ￥20
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abaqus輻射熱分析，面與面之間的輻射。
水壺的傳熱分析（熱傳導+熱對流+熱輻射） ￥5
分享一個通過ABAQUS做的水壺的傳熱分析，包含熱傳遞的三種方式：熱傳導+熱對流+熱輻射。
方法教程來自于外網，附件是自己根據教程練習時建的cae模型，供參考。
熱傳導是熱能從高溫向低溫部分轉移的過程；熱對流是熱量通過流動介質傳遞的過程；熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象。
【材料】鋼/陶瓷
【網格】DC3D10
【接觸】
茶壺和蓋子之間的傳導
2.對流
3.熱輻射
【設置絕對零度+Stefan-Boltzmann常數】
【邊界條件】
【預定義溫度場】
【后處理】
展開 《ANSYS 8.0熱分析教程與實例解析（含光盤） 》
第一篇 ANSYS 8.0熱分析基本教程
第1章 ANSYS 8.0熱分析簡介
1.1 概述
1.2 ANSYS 8.0熱分析基本原理
1.3 ANSYS 8.0耦合場分析
第2章 ANSYS 8.0熱分析基礎知識
2.1 熱分析符號與單位
2.2 傳熱學經典理論
2.3 三種基本熱傳遞方式
2.3.1 熱傳導
2.3.2 對流
2.3.3 輻射
2.4 熱分析材料基本屬性
2.4.1 比熱容(Specific Heat)
2.4.2 焓(Enthalpy)
2.4.3 生熱率(Heat Generation Rate)
2.5 邊界條件與初始條件
2.5.1 三類邊界條件
2.5.2 初始條件
2.6 熱載荷
2.7 穩態與瞬態熱分析
2.7.1 穩態傳熱
2.7.2 瞬態傳熱
2.8 線性與非線性熱分析
第3章 穩態熱分析
3.1 穩態熱分析的應用
3.2 熱分析單元
3.3 穩態熱分析基本步驟
3.3.1 建立有限元模型
3.3.2 施加載荷
3.3.3 求解
3.3.4 后處理
第4章 瞬態熱分析
4.1 瞬態熱分析的應用
4.2 瞬態熱分析單元
4.3 瞬態熱分析基本步驟
4.3.1 建立有限元模型
4.3.2 施加載荷計算
4.3.3 求解
4.3.4 后處理
第5章 輻射
5.1 輻射熱分析的應用
5.2 輻射熱分析常用單元
5.3 輻射熱分析基本概念
5.3.1 黑體
5.3.2 灰體
5.3.3 角系數
5.4 熱輻射公式
5.4.1 角系數的計算
5.4.2 熱輻射計算方程
5.5 輻射熱分析求解方法
5.5.1 非隱藏法與隱藏法
5.5.2 點-點問題
5.5.3 點-面問題
5.5.4 面一面問題及AUXl2矩陣生成器
5.6 空間節點的使用
第6章 相變分析
6.1 相變分析簡介
6.2 相變分析應注意的問題
第7章 熱應力分析
7.1 熱應力分析簡介
展開 【AICFD案例操作】冷熱板輻射仿真分析
圖5-2 結果更新
3）可視化結果
① 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數溫度，設置等級參數256，點擊應用，讀取冷熱板區域溫度云圖。
圖5-3 溫度云圖
② 輻射云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數輻射強度，設置等級參數256，點擊應用，讀取冷熱板區域輻射強度云圖。
圖5-4 輻射云圖
熱輻射的輻射模型
熱的對流、傳導、輻射是熱量傳遞的三種方式，熱輻射是指物體通過電磁波來傳遞能量（熱量，其實就是溫度的高低）。說人話就是物體放在那里就會通過輻射傳遞熱量，當然一般我們見到的都是兩種或者三種方式的熱量傳遞過程。其實很好區分，對流和傳導需要其它介質參與，而輻射只需要那個物體在就會進行輻射。 理解完輻射，來說輻射模型，既然有了輻射這種現象，我們如何描述空間種能量輻射的過程？對，輻射模型就是做這個的。 tip：做仿真的時候我們也會注意到這樣一個問題，我們需要設置介質，一個原因是往往是多個物理現象，另一個根本原因是不同介質的性質不同，參與輻射時的吸收率、散射系數、折射率都不相同。
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展開 
涉及流固耦合（對流、輻射）的熱分析
材料性質：
固體：銅：導熱系數k=400，比熱c=400，密度8890。（單位：SI）
流體：空氣
3. 邊界條件
銅母線生熱率：12960w/m3
銅外殼生熱率：8909w/m3
銅外殼外側與空氣對流換熱：hc= 4w/(m2*K), T,ambient = 313 K
銅外殼外側的熱輻射率：emissivity=0.85
銅母線、銅外殼內側的熱輻射率均為 0.85
重力y軸負向：9.8
幾何圖形見下圖(單位：m)
4.附檔
4.a gambit網格
simwe_thermal_gambit_mesh.rar
4.b icemcfd project file
simwe_tube_icemcfd_project.rar
4.c icemcfd mesh for cfx
simwe_tube_icem10_mesh.rar
4.d ansys_mesh file
ansys_mesh file.rar
用openoffice calc, 簡單計算的資料
(上方是基本參數資料, 下左框是 for absorption =1, 下右框是 for absorption =0.85
在表中所設的管長是1.00 meter, 但是在icemcfd and ansys 網格中的管長是建為0.0025 meter的
根據熱平衡時, 所有銅管產生之熱, 必等於外表面散熱(radiation + convection)
可知合理的表皮溫度應在363(or 369)度附近
用omega Reynold stress turbulent model 的結果
K-e turbulent model 的結果
展開 一種間歇放熱相變材料，可用于地板輻射采暖系統的熱管理
圖4是將水合鹽凝膠應用于地板輻射采暖系統中，實現了四種間歇放熱。結果表明，水合鹽凝膠在地板輻射采暖系統中具有廣闊的應用前景。
圖 4 a)地板輻射采暖系統試驗模型。b)地板下輻射采暖系統配置：1)裝飾層(木地板)；
2）相變材料管道（水合鹽凝膠的三條平行管道），3）硅橡膠加熱片，4）保溫層（玻璃纖維保溫板），5)混凝土板。地板輻射采暖系統中3條并聯相變材料管線可實現4種不同的間歇放熱順序：一次放出全部熱量（c1）；連續放出間歇熱（間歇熱放出三次）（d1）；間歇放熱兩次(e1, f1)。不同顏色的管道代表不同的放熱時間，放熱過程的順序由顏色表示（顏色較淺表示在顏色較深之前放熱）。間歇性放熱是通過用浸水剪刀切割黑色部分（稱為閥門）來實現的。c2, d2, e2, f2)四個序列對應的模型溫度曲線。
END
★ 平臺聲明
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展開 abaqus輻射換熱模擬過程詳解 ￥99
之前 發表過一個輻射換熱的帖子，很多小伙伴沒有很明白，現在我以視頻的方式向大家說明下具體詳細做法,后邊附加工程文件inp供大家參考學習。
ansys輻射熱傳遞綜合實例
輻射熱傳遞綜合實例 ，并附有表面效應單元的使用 ，PPT+命令流（帶注釋）
輻射熱傳遞.part1.rar
輻射熱傳遞.part2.rar
