熱輻射
關注創建者：咦嘻嘻嘻 創建時間：2019-10-24
熱輻射的視頻教程
ABAQUS-熱輻射模擬
本案例基于ABAQUS模擬了輻射熱傳播過程，定義了三個分析步，第一個分析步為穩態分析步，第二步為瞬態熱輻射加熱過程，第三個分析步為瞬態冷卻過程。熱輻射一般發生在較高溫度場所，所以應用并不多。這個案例可以作為入門參考，了解熱輻射傳熱。
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CREO CFD 高級流體仿真之密閉空間受平行光照射后的熱對流熱輻射仿真演示
關于CRTO CDF的教程很難找到，經作者研究總結，使用CFD高級版本作為平臺，通過對密閉空間熱對流和熱輻射現象進行仿真實際操作演示，與廣大CERO CFD愛好者交換心得經驗。 本視頻在充分介紹軟件及密閉空間熱對流和熱輻射現象仿真操作的基礎上，詳細分析模型特點、軟件操作重點、總結經驗，以及后處理，與廣大朋友們共享軟件操作的樂趣。
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熱輻射的實例教程
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 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 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 24章
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設備采用先進的非制冷微測輻射熱計探測器技術，不僅功耗低、壽命長，更摒棄了傳統機械掃描部件，確保了設計的堅固與可靠。在成像表現上，它支持32Hz的標準幀率，并在高速子幀模式下可達125Hz，能夠輕松應對快速變化的制造過程監控。配合多種可互換鏡頭，能最大程度優化目標像素，確保全畫幅的高均勻度與低失真。
當光學鏡片的鍍膜抗反射性能不完善時，殘留的熱輻射從每個鏡片表面返回，部分殼體熱輻射也到達探測器，從而形成可辨別的對比度差異。
探測器除了接收正常成像的景物輻射外，還通過光學鏡片表面的微弱反射，接收到本身及周圍低溫腔冷環境的影像，形成冷像。較強的冷反射信號會直接淹沒目標信號，這是制冷型紅外成像系統特有的雜光效應。
設備搭載了382×288像素的非制冷微測輻射熱計探測器，擁有17μm的最佳像素間距。這種設計不僅保證了長波紅外輻射的高質量成像，還允許極小的測量視場（MFOV僅為3×3像素），確保了對微小目標的精確捕捉。配合高達80Hz的幀率和40mK的極高熱靈敏度，PI450i G7能夠清晰捕捉快速移動生產線上的溫度變化，有效消除運動模糊，提供卓越的圖像質量。
圖2：內部熱生成與輻射邊界條件
6. 對于輻射問題，設置子步有助于收斂。在分析設置詳情中定義子步，如圖3所示。
圖3：為分析定義的子步
7. 采用線性網格對模型進行劃分并求解分析。得到的太陽能電池板表面的熱流密度矢量圖和溫度分布如圖4和圖5所示。
Ansys Icepak正是應對這一嚴峻挑戰的權威仿真工具，Icepak提供了從芯片級、板級、模塊級到系統機箱級乃至外部環境級的完整熱仿真能力，通過Ansys Icepak，工程師可以在產品概念修改的串行模式式氣/液體冷卻、熱傳導、熱輻射及共軛傳熱等多種熱現象，評估散熱方案（如熱管、均溫板、風扇、散熱器）的有效性，優化組件布局與風道設計。
發射率正是描述這種能力的物理參數，它表示實際物體的熱輻射與理想黑體輻射的接近程度，取值范圍在0到1之間。
簡單來說，發射率越高，物體輻射紅外能量的能力越強；發射率越低，則反射能力越強。這個看似簡單的參數，卻是紅外技術應用的基石。無論是紅外測溫、紅外熱像，還是紅外隱身、材料檢測，都必須準確掌握被測物體的發射率，否則一切測量結果都可能是“空中樓閣”。
■ 熱輻射模型：火災中大量能量通過輻射傳遞，影響火勢蔓延。
■ 煙氣傳輸：追蹤一氧化碳、煙塵等有毒有害物質的擴散路徑。
二、為什么需要“代理模型”？
在實際工程中，無論是通用CFD軟件，還是專用火災模擬軟件，面對汽車運輸船這種內部空間開闊、多層貫通式甲板結構，以及成千上萬個潛在火源點時，效率都堪憂。
以一艘承載7000至8000輛汽車的運輸船為例，每一輛車都是潛在起火點。
性能優化
通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統設計痛點：針對紅外波段像差校正難題，啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優化透鏡面形參數與紅外光學材料組合，實現色差、球差的精準抑制，邊緣視場成像清晰度顯著提升；
針對紅外雜散光干擾問題，利用 OAS 雜散光分析模塊，識別透鏡表面反射、鏡筒內壁散射及紅外熱輻射等干擾源
如何判斷一項技術對熱有價值？2個月前
</strong></h2><p>A.熱傳遞 B.熱對流 C.熱輻射 D.液冷</p><p><br></p><p> 這是一道基礎理論題。答案是ABC。 液冷是一種冷卻方式，但不是熱量的傳遞方式。這是一道需要記憶而不是理解的題目。</p><p>熱設計中，控制溫度所做的所有動作，包含散熱器的設計，風道設計，導熱界面材料的設計等，都是從這三種傳熱方式的影響因素出發的。
紅外熱成像技術基于熱輻射探測原理，具備強穿透、全天候的監控能力，突破了環境與時間的限制，廣泛應用于邊境防護、關鍵基礎設施安保、城市安全及消防救援等領域。
紅外熱成像在安防中的核心優勢
環境適應性強，實現“全天候無盲區”監測
不受光線影響：通過非接觸式測量，可在完全黑暗或強光眩光環境中清晰成像，消除低光無光環境的監控盲區。
