ansys 輻射模型的案例
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 圓形活塞輻射阻抗的SPICE模型
這些聲學系統最常見的是圓形活塞模型。在數學上，帶障板圓形活塞的輻射阻抗是有確定的表達式的。但很多電路分析軟件并不支持Bessel函數等高階表達式。
因此，Scott Porter和Stephen Thompson在2009年AES 127th會議上發表了一篇論文《A Preliminary SPICE Model to Calculate the Radiation Impedance of a Baffled Circular Piston》，提出一種計算圓形活塞輻射的SPICE子電路，使得所有頻率的輻射阻抗都達到良好的近似。
借這個模型也來談談還是比較復雜的聲輻射阻抗。
數學模型
聲輻射阻抗相當于流體對聲源活塞表面的加載
其中實部
虛部
k是波數，a是活塞半徑，A是活塞面的面積，ρ0和c0是流體的密度和聲速。
實部和虛部隨ka的變化可以采用matlab，mathematica等數學軟件進行繪制。
近似表達式以及對應的SPICE模型
一般來說，我們是在遠場進行測量，即ka>>1。
在2ka>>1時，可以得到近似的表達式：
精確解和上述近似解的差異繪制如下：
在ka比較小時，對表達式進行級數展開
結合以上兩個近似表達式，可以在SPICE中構建出輻射阻抗電路
近似表達式和精確模型的對比
由以上SPICE中構建出電路得到的輻射阻抗實部和虛部：
相對誤差：
絕對誤差：
這種誤差程度在工程應用上是完全可接受的。
展開 FLUENT中的輻射模型
1、FLUENT中需要考慮熱輻射的情況
（1）火焰輻射熱傳遞
（2）表面對表面的輻射加熱或冷卻
（3）輻射、對流和導熱耦合傳熱
（4）HVAC應用中透過窗戶的熱輻射，以及汽車工業中車廂內的模擬
（5）玻璃加工、玻璃纖維拉拔及陶瓷加工過程中的輻射
2、FLUENT中的輻射模型
主要有5種輻射模型：DTRM模型、P1模型、Rosseland模型、P1模型、S2S模型
3、DTRM模型的優勢及限制
優勢：（1）模型較為簡單（2）可以通過增加射線數量來提高計算精度（3）可以用于光學深度非常廣的情況下。
限制：（1）假定所有表面都是散射的。意味著表面的入射輻射是關于入射角各向同性反射的。（2）不包括散射效應。（3）基于灰體輻射假定。（4）對于大數目的射線問題，非常耗費CPU時間。（5）不能與非共形交界面或滑移網格同時使用。（6）不能用于并行計算中。
4、P1模型的優勢及限制
優勢：（1）輻射模型為一個擴散方程，求解需要較少的CPU時間。（2）考慮了擴散效應。（3）對于光學深度比較大（如燃燒應用中），P-1模型表現非常好。（4）P-1模型使用曲線坐標很容易處理復雜幾何
限制：（1）假定所有的表面均為散射。（2）基于灰體輻射假定。（3）在光學深度很小時，可能會喪失精度。（4）傾向于預測局部熱源或接收器的輻射通量。
5、Rosseland輻射模型的優勢及限制
優勢：相對于P-1模型，它不求解額外的關于入射輻射的傳輸方程，因此比P-1模型計算要快，且更節省內存。
限制：只能用于光學深度比較大的情況，推薦用于光學深度大于3的情況下；不能用于密度基求解器。
6、DO模型的優勢及限制
DO模型能夠求解所有光學深度區間的輻射問題；能求解燃燒問題中的面對面輻射問題，內存和計算開銷都比較適中。
DO模型能用于計算半透明介質輻射。
展開 DO模型模擬頭燈傳熱輻射過程 ￥9.9
DO模型模擬頭燈傳熱輻射過程
【Ansys線上直播回看】Ansys 2020 R1 CISPR25輻射發射仿真
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通過EMC輻射發射測試認證是多數電子設備必須面臨的問題，利用虛擬分析技術可以在產品設計前期評估EMC性能、中期進行EMC設計優化與驗證，后期完成測試認證失敗的整改措施分析等，有關EMC的建模仿真的思路非常關鍵、本次研討會主要是基于Ansys平臺解決方案包括HFSS、3D Layout、SIwave、分享包括有PCB、機殼、線纜等部件電子設備的輻射發射仿真分析思路與方法，并結合案例進行軟件的操作演示，解答該仿真領域的一些常見應用問題。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
隆重向大家推出Ansys行業應用大講堂“仿真體系建設驅動數字創新”系列在線研討會；非常有幸邀請到多位高級工程師為系列網絡研討會專題助陣，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
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關于Simulation World
Simulation World是一場面向全球觀眾且為免費的在線虛擬盛會，將于2020年6月10日-11日舉行，屆時，來自Ansys，客戶和合作伙伴多名演講者將在此發表主題演講。內容涵蓋自動駕駛、電氣化、工業物聯網以及后疫情時代的數字化轉型等前沿趨勢探討，Ansys合作伙伴也將在其冠名的虛擬展廳中展示相關解決方案。立即掃碼報名！
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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 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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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
ANSYS輻射仿真模擬
因為整個輻射傳熱過程為封閉系統，所以不必考慮兩圓柱體與外界的傳熱。
1.5材料性能參數
材料性能參數
1.6 建立ANSYS有限元模型
根據圓柱體結構特征，定義其ANSYS單元類型為Thermal Solid實體單元;而后采用ANSYS中的實體建模工具構建其模型，建模完畢對鑄件局部采用映射(Mapped)方式網格剖分。其他部分則利用智能網格劃分器自由剖分，以達到所需部位網格細化的目的，從而兼顧計算精度和運算速度。鑄件劃分網格后的有限元模型如圖2所示。
1.7加載求解
指定分析類型為Steady-state;先作穩態分析，確定本文第1. 3節初始條件及本文第1. 4節邊界條件，設置穩態分析時間步長為O.Ols，施加溫度載荷、對流載荷，得到初始溫度場分布，將其作為整個瞬態分析過程的初始溫度場;打開時間積分選項，設置計算終止時間為16200s，進行瞬態分析，著重研究該時間段內溫度場的變化規律。
1.8模擬結果及分析
從上面分析可以看出，如果不采取措施，實驗結果可能不準確。使結果不準確的主要因素是多方面的，例如它們的吸收率(或反射率)、物體的形狀和大小及其相互間的位置與距離的影響。
因此可以采用隔熱性能良好的材料，避免將由壁面 以對流和輻射兩種方式散失于周圍環境中的熱量。
從本例建立有限元模型、設置材料性能參數等可知，可以選擇適當壁厚、絕熱性能良好的材料，來控制零件輻射傳熱過程溫度場分布。
2 結語
本文在結合輻射傳熱過程的基礎上，給出一種對其溫度場應用ANSYS軟件模擬仿真的簡單方法。該方法充分利用零件的結構特征，選取最恰當的單元類型，不但計算簡單，省時省力，而且誤差較小，精度較高，從而達到了兼顧計算精度和計算時間的模擬要求;該模擬結果對于爐內傳熱的合理設計十分重要，對于高溫爐操作工的勞動保護也有積極義。
展開 基于Icepak仿真太陽輻射對儲能工商業機柜的案例（包括仿真模型和仿真步驟） ￥80
對于工商業儲能機柜，應用于戶外，需要考慮太陽輻射對散熱影響，本案例基于icepak建立仿真模型，包括詳細仿真設置步驟及仿真模型，可直接下載運行出結果。
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Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應用
仿真流程與結果
仿真流程
模型導入
打開Ansys電子桌面，導入第三方CAD建模工具已處理好的車體三維模型（導入前可根據仿真需求適當簡化，或將CAD模型導入Ansys SCDM模型前處理工具進行簡化處理，加快仿真效率）。
圖2 HFSS車體模型導入
導入天線或輻射源模型
導入天線或輻射源模型，HFSS有多種處理方式。
ansys workbench APDL熱輻射命令行中的有關說明求助
1.sf,nlist,label,value,value2
-“nilst”是節點列表，也可以是命名選擇
-輻射標簽是rdsf
-value是表面發射率
-value2是封閉體數量
2.spctemp命令行：因為所計算的空間不是完全封閉的計算空間，所以必須定義空間溫度，
spctemp,number,temperature
spctemp是ansys定義空間溫度的關鍵字，number是非封閉空間的數量，temperature是非封閉空間的溫度
3.stef命令行：stef是ansys中斯蒂芬玻爾茲曼常數，stef=5.67×10-8
4.RADOPT, FLUXRELX, FLUXTOL, SOLVER, MAXITER, TOLER, OVERRLEX
FLUXRELX：松弛因子。
FLUXTOL：輻射熱通量收斂容差，默認為0.0001。
SOLVER
選擇用于計算的輻射求解器:
0 – Gauss-Seidel求解器
1 – 直接求解器 (對于大問題將耗費很多時間)
MAXITER
Gauss Seidel迭代求解器的最大迭代次數 (SOLVER = 0)，默認為1000 Gauss Seidel迭代求解器的最大迭代次數 (SOLVER = 0)，默認為1000。
TOLER
Gauss Seidel迭代求解器的收斂容差(SOLVER = 0)，默認為 0.1。
OVERRLEX
Gauss Seidel迭代求解器的松弛因子(SOLVER = 0)，默認為0.1。
求助：以上的封閉體數量是如何判別的？非封閉空間的數量又是如何判斷的？非封閉空間的溫度是如何定義的？有人能幫忙進一步舉例或說明嗎？萬分感謝！
展開 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 ANSYS ICEPAK 輻射計算時各個不同時區的簡介
南京青松熱設計工作室精彩視頻教程：
電子產品散熱理論設計視頻培訓課程：
專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
ANSYS ICEPAK 視頻培訓課程：
我所理解的熱仿真---ANSYS ICEPAK電子散熱仿真全套原創視頻教程
水冷電機散熱理論設計與仿真視頻培訓課程：
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真
大功率開關電源仿真視頻培訓課程：
電解電容的發熱損耗計算與分析
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展開 基于ANSYS經典界面的雙波導的聲輻射分析
本例子來自于ANSYS15聲場分析的例子《13.9. Example: Radiation from Two Waveguides》，為方便講解，對命令流進行了調整，并在后處理中加入了云圖顯示。
7. 本例使用命令流進行講解。
【求解步驟】
1. 建模
1.1 選擇單元類型
在命令窗口中輸入
/prep7
et,11,200,7
et,1,220,,1
et,2,220,,1,,1
上述命令首先進入了前處理器
然后定義了三種單元，其中
200是MESH200，用于定義面單元。該單元主要是為了創建其它體單元做過渡。用完后就會清除掉。
220是FLUID220，其中第3行的該單元用于域內，建模空氣；而第4行用于建模邊界，表達網格截斷。
1.2 創建材料模型
在命令窗口中輸入
c0=340
mp,dens,1,1.
mp,sonc,1,c0
上述命令用于定義材料的密度和聲速。
1.3 創建幾何模型
在命令窗口中輸入
d=0.1
l=1.
s=0.5
a=2
dpml=0.25
上述命令用于定義幾何體的參數
在命令窗口中輸入
rect,-l,0,s/2,s/2+d
rect,-l,0,-s/2,-s/2-d
rect,0,a,-a/2,a/2
rect,0,a+dpml,-a/2-dpml,a/2+dpml
上述命令先后創建四個面如下圖。
在命令窗口中輸入
asba,4,3,,delete,keep
aglue,all
上述命令用最大的矩形減去內面的小矩形。然后把所有的面粘貼在一起，結果如下圖。
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