ansys 輻射加熱的案例
一種新型可輻射加熱織物，可實現高效個人熱管理
作為溫度補償，室內供暖，如空調、中央加熱系統或燃煤加熱，也是一個流行但耗能的(全球約47%的能源)實現熱舒適的方式。然而，由于不可控制的地點、環境和其他客觀條件，保持室外身體溫暖仍然是一個巨大挑戰。因此，從健康和節能的角度出發，開發在沒有人工能源供應的條件下保持身體處于最佳代謝溫度的織物具有重要意義。個人熱管理織物由于其高效和節能的特點，已經超越了傳統的加熱方法。
02
成果掠影
近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所Xiong Pu團隊充分利用MXene的特性，開發了一種用于輻射加熱的Janus織物，通過調節織物的多波長輻射來實現個人熱管理。這種織物具有潛在的節能、便利甚至時尚的優點。在聚酰胺織物基底的一側涂上MXene層后，Janus織物通過抑制人體輻射能量損失，使模擬皮膚的溫度提高3.4℃。同時，Janus織物具有優越的光熱轉換效率（13%）和光熱加熱性能，在一次陽光照射下達到14.2℃。由于堅固的基材和輕便的涂層，該織物具有良好的耐磨性（即機械強度、柔韌性、滲透性），使該織物能夠更好地實際應用。高效耐用的Janus面料在未來全天候個人熱管理的織物研發中具有巨大潛力。相關研究成果以“MXene based Janus fabrics with radiative heating towards efficient personal thermal management”為題發表于《Chemical Engineering Journal》。
03
圖文導讀
圖1 Janus織物的制備與鑒定。
展開 鄭州大學王建峰/王萬杰ACS Nano：可被動輻射加熱的MXene/nanoPE織物用于個人精準熱管理
通過加熱供暖使人體溫度保持相對恒定對于人體熱舒適以及各種人體功能的正常運行至關重要。目前，室內供暖耗能約占全球能源消耗的47%。但傳統的加熱供暖形式（空調、集中供暖、燃煤取暖）能耗高且能源利用率低，大量能源浪費在加熱無生命特征的空間和物體上，加劇了全球能源危機和氣候變暖。開發高效節能并能精準加熱人體的供暖系統和材料對于緩解能源危機和氣候變暖具有重要意義。
人體發射的中紅外熱輻射（波長7-14 μm）約占人體熱量損失的50%。傳統紡織品的紅外發射率較高，人體產生的大部分熱輻射可以輕松地發射到外界。通過控制可穿戴織物的紅外發射率可以減少紅外熱輻射損失，進而實現零能耗的人體被動輻射加熱。近年來，被動輻射加熱受到越來越多的關注。但除了室內供暖，在戶外保持人體熱舒適同樣重要。然而，由于戶外環境和氣溫等影響因素的不可控，單一的被動輻射加熱模式無法滿足人體在復雜環境下的加熱需求。
近日，鄭州大學材料學院王建峰副教授和王萬杰教授團隊通過將零能耗的被動輻射加熱模式、節能的太陽能加熱模式和補償型焦耳加熱模式集成到一個可穿戴加熱系統中，展示了一種高效節能的全天候個人精準加熱策略。本文將具有紅外低發射率特性的Ti3C2Tx MXene修飾在納米多孔聚乙烯（nanoPE）織物表面，厚度為12 μm的MXene/nanoPE復合織物在7-14 μm的紅外發射率僅為0.176，賦予其優異的室內被動輻射加熱性能，與厚度為576 μm的傳統棉織物相比加熱溫度提高了4.9 ℃。
展開 ansys workbench太陽能加熱鋁鍋熱固耦合 ￥19.89
<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結構耦合（熱固耦合）數值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規律及其對結構應力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發熱應力集中和局部形變。為了準確模擬實際工況，模型考慮了太陽輻射強度、對流換熱邊界條件及材料熱物性參數的溫度依賴性，通過熱分析模塊計算溫度分布，再將溫度場傳遞至結構模塊進行應力與變形分析，實現溫度場與結構響應之間的耦合。</p><p>分析結果表明，鋁鍋在太陽能加熱過程中鍋底與側壁區域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區域；而結構響應方面，鍋體邊緣和連接區域產生了較大熱應力，可能成為未來失效的潛在風險點。隨著加熱時間的增長，整體熱變形逐步增加，體現出鋁材料在熱環境下的良好導熱性與一定程度的熱膨脹響應。本研究為太陽能炊具的熱設計與結構優化提供了理論依據和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續開展多物理場耦合分析奠定基礎。</p><p>1 材料參數</p><p>（1）結構鋼</p><p>其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數、導熱系數如下圖所示。
展開 Ansys學習之飛行器氣動加熱（1）
計算流體力學
(CFD)是用于計算飛行器氣動加熱的重要工具，本文將初步介紹飛行器氣動加熱計算過程，后續可能將學習
/介紹流體
-固體耦合作用，為可能的工程設計提供參考。
本文首先簡
單介紹他國學者發表在《美陶》上的一篇文章，該文章是通過
CFD
計算了超高溫陶瓷
ZrB2-SiC
熱防護系統的熱
-
力設計。本文作為初步的學習嘗試，并不會直接完全復現其結果，主要是介紹思路。
本文所采用的計算軟件為
Ansys workbench，在
workbench中已經集成了流體力學軟件
Fluent。接下來讓我們一起來學習一下基本操作。以下是我建立的一個三維模型，但是由于個人筆記本電腦算力不足，作為學習，我采用簡化的二維模型進行了計算，計算結果如下圖所示。
（1）首先是建立模型，拖拽geometry模塊進入操作界面即可建模，模型建立可以通過軟件自帶的Design model模塊，或者其他建模軟件，如solidworks等。主要原則是建立一個為大流場所包圍的固體模型，這里不詳細介紹。一般認為所建立的流場尺寸大于固體模型尺寸的20倍，由于計算量的關系，本文所采用的模型較小。
（2）在建立模型后，將模型與Fluent模塊連接，即將模型導入fluent計算模塊，接下來點擊mesh，對模型進行網格劃分，需要注意的地方是在流體-固體壁面需要設置層流邊界層，具體設置和劃分結果如下圖所示。網格劃分完畢后，即可進行計算。
（3）點擊set up進行計算設置，采用雙精度計算，點擊OK即可進入設置界面。
（4）進入模塊后點擊general-check檢查網格。
展開 
【Ansys線上直播回看】Ansys 2020 R1 CISPR25輻射發射仿真
『點擊觀看直播回放』
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！
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
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！
『或點擊此處進入報名通道』
展開 ANSYS Workbench Mechanical 熱輻射傳熱分析方法操作
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
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輻射仿真模擬
依據ANSYS模擬溫度場，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意義。當某系統需要保溫時，即使此系統的溫度不高，輻射傳熱的影響也不能忽視。如保溫瓶膽鍍銀，就是為了減少由輻射傳熱造成的熱損失。
來自百度百科
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 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
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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。
展開 基于ANSYS HFSS的CISPER25電源回線遠端接地傳導輻射CE仿真分析流程
這次繪制其傳導輻射EMI_P端隨頻率的變換關系，也就是接收機接收到傳導信號強度，對于電子電路, 輻射越低越好，也就是其對周邊電路的干擾越小。具體設置如下，先設置輸入變量，然后設計時間范圍為0到600us，最大頻率108MHz。
最后我們導入標準CISPR25 Level 5 ，可以看見很多頻點超過了標準。
接著嘗試添加扼流電感線圈，發現傳導輻射滿足了標準，如下圖所示。
三、小結
通過ANSYS HFSS搭建的CISPER25測試環境提前對待測PCB的傳導輻射進行仿真，一方面可以識別了EMC問題，找到超標的頻點，為我們在整機送測認證前問題的解決整改爭取了寶貴的時間，同時針對PCB EMC整改不再是盲目添加保護器件和電路，而是針對問題形成的原因有的放矢，直接在軟件中仿真中得到整改措施的改善效果，以實現最少的改動達到最大程度改善效果，為PCB電磁兼容問題的定位和改進提供參考。
文章來源：新科益工程仿真中心
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