輻射傳熱 ansys的案例
ANSYS Workbench Mechanical 熱輻射傳熱分析方法操作
在workbench中，可以進(jìn)行熱輻射分析計(jì)算的Mechanical模塊主要有穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)耦合場、穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熱等，其工程圖如圖 1所示。各個(gè)模塊的輻射傳熱設(shè)置非常相近，接下來以穩(wěn)態(tài)熱模塊演示一個(gè)簡單熱輻射案例。
圖 1 能夠進(jìn)行熱輻射計(jì)算的Mechanical模塊
現(xiàn)有一幾何模型如圖 2所示，由一個(gè)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(cè)面是溫度為700℃的熱邊界；所有表面均可產(chǎn)生熱輻射，熱輻射率為0.7；環(huán)境溫度為4K。
圖 2 穩(wěn)態(tài)熱模塊熱輻射計(jì)算演示案例幾何模型
1 設(shè)定傳熱邊界條件
首先設(shè)定輻射傳熱條件。在steady-state thermal項(xiàng)目樹下添加“radiation”分支。
在設(shè)置框中選定對應(yīng)的輻射面。
在Correlation選項(xiàng)中可以選擇輻射至環(huán)境和面到面輻射，其中輻射至環(huán)境指的是所有面產(chǎn)生的輻射均輻射至環(huán)境，不會產(chǎn)生面和面之間的輻射；面到面輻射則考慮實(shí)體面之間的輻射，不在面和面之間的輻射依然默認(rèn)為輻射至環(huán)境中，該選項(xiàng)需要計(jì)算所有輻射面上單元面的角系數(shù)，在工作目錄生成角系數(shù)文件。本案例考慮面到面之間的輻射，選擇為“surface to surface”。
設(shè)定輻射率，此處設(shè)定為0.7。設(shè)定環(huán)境溫度，此處設(shè)定為-269.15℃。默認(rèn)輻射空間序號為1，如果在計(jì)算過程中添加了多個(gè)“radiation”分支，不同分支之間輻射空間序號相同部分會放到一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，序號不同的部分則不會有輻射關(guān)聯(lián)。此處輻射空間序號的設(shè)置并沒有什么限制，同一個(gè)輻射空間的保證為同一個(gè)序號，不同輻射空間的保證為不同序號即可。
圖 3 穩(wěn)態(tài)熱模塊輻射傳熱分支設(shè)置
設(shè)置完輻射傳熱邊界條件后，再設(shè)定其他熱邊界條件。
展開 計(jì)算輻射傳熱的 3 種方法
在模擬輻射傳熱時(shí)，我們需要考慮輻射是如何從一個(gè)表面發(fā)出并被其他表面吸收的，以及表面與表面之間交換了多少輻射。在輻射傳熱建模系列文章的前兩篇中，我們已經(jīng)討論了發(fā)射、反射和透射建模，今天我們將通過介紹角系數(shù)的概念，以及計(jì)算表面與表面之間輻射傳熱的各種方法，來完成輻射傳熱建模基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。
快速了解角系數(shù)
考慮兩個(gè)薄且扁平的物體，如下圖所示。假設(shè)紅外輻射 (IR) 光可以在這些表面周圍的空間自由傳播。這在真空中是成立的，并且在空氣以及許多其他室溫氣體下也是合理的。對于上述假設(shè)的無衰減傳播，可能不合理的情況包括：
吸收紅外光的氣體，例如水蒸氣
高溫氣體
帶有細(xì)小分散顆粒的氣體
發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體
在不同溫度下，兩個(gè)等溫物體之間會發(fā)生輻射傳熱。物體可以被認(rèn)為放置在一個(gè)封閉的環(huán)境內(nèi)，熱傳遞的大小取決于物體的大小和方向，并且只會發(fā)生在彼此相對的表面之間。
假設(shè)這兩個(gè)物體被固定在不同的溫度。除了這兩個(gè)物體之外，我們研究的模型中沒有其他任何內(nèi)容，但我們還需要定義所有未模擬的周圍空間。我們需要定義一個(gè)統(tǒng)一的溫度，稱為環(huán)境溫度或背景溫度。雖然我們不會明確地模擬這個(gè)環(huán)境空間，但假設(shè)一個(gè)溫度恒定的封閉表面通常會很方便。
考慮第一個(gè)物體以及它發(fā)出的所有輻射。第一個(gè)物體發(fā)出的輻射熱通量一部分流向環(huán)境，一部分流向第二個(gè)物體。現(xiàn)在我們引入 角系數(shù) 的概念，它是從表面 1 () 到 表面2 ()的輻射比例，寫作 。假設(shè)輻射度均勻且沒有中間阻礙面，那么表面1 與表面2的角系數(shù)為：
當(dāng)系統(tǒng)中有兩個(gè)以上的表面時(shí)，它們有可能相互面對面，因此我們將角系數(shù)寫為 ，其中 是模型中所有 個(gè)相互作用的表面的指數(shù)。在任意兩個(gè)表面之間，互易關(guān)系： 成立。
注意，如果一個(gè)表面是凹的，那么 。此外，到環(huán)境的熱通量是通過環(huán)境角系數(shù)： 定義的。
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
模擬不同類型的表面輻射傳熱
模擬半透明物體
最后，將我們的示例模型修改為一個(gè)半透明的薄而扁平的物體，這意味著它會吸收、反射和透射輻射。在折射可以忽略且物體很薄的情況下，我們可以使用 射線發(fā)射 方法，通過半透明表面 特征來求解。此特征還引入了表面透射率 屬性 ，它描述了入射輻射的鏡面透射率：。附加的 臨界角 設(shè)置提供了一個(gè)閾值，低于該閾值不會發(fā)生透射，只會發(fā)生鏡面反射。
半透明表面特征將入射輻射分成反射和透射分量。
由下圖我們可以觀察到，將發(fā)射率和漫反射率設(shè)置為 0 、透射率設(shè)置為 0.5 的鏡面反射界面如何導(dǎo)致入射的輻射以 50/50 的比例分離。如果界面本身有任何吸收，將被視為邊界熱負(fù)荷。
半透明表面上的入射輻射被分成反射和透射分量。
這里很重要的一點(diǎn)是，需要注意我們不考慮折射，因此不能模擬透鏡效應(yīng)。如果要模擬通過電介質(zhì)材料的反射和折射射線，我們可以使用 COMSOL 軟件中的射線光學(xué)模塊的功能。
結(jié)束語
今天這篇文章我們研究了不透明和半透明表面的輻射反射，以及模擬彎曲反射邊界的建模注意事項(xiàng)。請記住，在有限溫度下，輻射的吸收和反射與表面的輻射發(fā)射同時(shí)發(fā)生，您可以查閱本系列文章中關(guān)于輻射傳熱建模的第 1 部分內(nèi)容：“什么是表面發(fā)射率？在輻射傳熱中有哪些典型案例”。
到目前為止，我們還沒有討論如何使用 COMSOL 軟件計(jì)算表面與表面之間的輻射傳熱。如果您想進(jìn)一步理解這種計(jì)算，敬請關(guān)注本系列的最后一篇文章！
展開 
水壺的傳熱分析（熱傳導(dǎo)+熱對流+熱輻射） ￥5
分享一個(gè)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(dǎo)+熱對流+熱輻射。
方法教程來自于外網(wǎng)，附件是自己根據(jù)教程練習(xí)時(shí)建的cae模型，供參考。
熱傳導(dǎo)是熱能從高溫向低溫部分轉(zhuǎn)移的過程；熱對流是熱量通過流動介質(zhì)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(xiàn)象。
【材料】鋼/陶瓷
【網(wǎng)格】DC3D10
【接觸】
茶壺和蓋子之間的傳導(dǎo)
2.對流
3.熱輻射
【設(shè)置絕對零度+Stefan-Boltzmann常數(shù)】
【邊界條件】
【預(yù)定義溫度場】
【后處理】
ANSYS workbench圓環(huán)輻射熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)圓環(huán)的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)圓環(huán)輻射熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)圓環(huán)輻射熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)圓環(huán)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(huán)輻射熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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【Ansys線上直播回看】Ansys 2020 R1 CISPR25輻射發(fā)射仿真
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
通過EMC輻射發(fā)射測試認(rèn)證是多數(shù)電子設(shè)備必須面臨的問題，利用虛擬分析技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期評估EMC性能、中期進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)優(yōu)化與驗(yàn)證，后期完成測試認(rèn)證失敗的整改措施分析等，有關(guān)EMC的建模仿真的思路非常關(guān)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(jī)殼、線纜等部件電子設(shè)備的輻射發(fā)射仿真分析思路與方法，并結(jié)合案例進(jìn)行軟件的操作演示，解答該仿真領(lǐng)域的一些常見應(yīng)用問題。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
隆重向大家推出Ansys行業(yè)應(yīng)用大講堂“仿真體系建設(shè)驅(qū)動數(shù)字創(chuàng)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(wǎng)絡(luò)研討會專題助陣，歡迎積極報(bào)名參加并關(guān)注后續(xù)精彩內(nèi)容！
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關(guān)于Simulation World
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展開 ansys輻射熱傳遞綜合實(shí)例
輻射熱傳遞綜合實(shí)例 ，并附有表面效應(yīng)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
依據(jù)ANSYS模擬溫度場，對于爐內(nèi)傳熱的合理設(shè)計(jì)十分重要，對于高溫爐操作工的勞動保護(hù)也有積極意義。當(dāng)某系統(tǒng)需要保溫時(shí)，即使此系統(tǒng)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 workbench APDL熱輻射命令行中的有關(guān)說明求助
1.sf,nlist,label,value,value2
-“nilst”是節(jié)點(diǎn)列表，也可以是命名選擇
-輻射標(biāo)簽是rdsf
-value是表面發(fā)射率
-value2是封閉體數(shù)量
2.spctemp命令行：因?yàn)樗?jì)算的空間不是完全封閉的計(jì)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(guān)鍵字，number是非封閉空間的數(shù)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(shù)，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(rèn)為0.0001。
SOLVER
選擇用于計(jì)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(fèi)很多時(shí)間)
MAXITER
Gauss Seidel迭代求解器的最大迭代次數(shù) (SOLVER = 0)，默認(rèn)為1000 Gauss Seidel迭代求解器的最大迭代次數(shù) (SOLVER = 0)，默認(rèn)為1000。
TOLER
Gauss Seidel迭代求解器的收斂容差(SOLVER = 0)，默認(rèn)為 0.1。
OVERRLEX
Gauss Seidel迭代求解器的松弛因子(SOLVER = 0)，默認(rèn)為0.1。
求助：以上的封閉體數(shù)量是如何判別的？非封閉空間的數(shù)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(jìn)一步舉例或說明嗎？萬分感謝！
展開 ANSYS ICEPAK 輻射計(jì)算時(shí)各個(gè)不同時(shí)區(qū)的簡介
南京青松熱設(shè)計(jì)工作室精彩視頻教程：
電子產(chǎn)品散熱理論設(shè)計(jì)視頻培訓(xùn)課程：
專業(yè)熱設(shè)計(jì)人必學(xué)必會182講---電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)理論視頻課程（國內(nèi)首套有關(guān)散熱理論設(shè)計(jì)的系統(tǒng)培訓(xùn)課程）
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我所理解的熱仿真---ANSYS ICEPAK電子散熱仿真全套原創(chuàng)視頻教程
水冷電機(jī)散熱理論設(shè)計(jì)與仿真視頻培訓(xùn)課程：
新能源電動汽車水冷電機(jī)散熱理論熱設(shè)計(jì)與ANSYS ICEPAK熱仿真
大功率開關(guān)電源仿真視頻培訓(xùn)課程：
電解電容的發(fā)熱損耗計(jì)算與分析
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Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場仿真應(yīng)用
仿真流程與結(jié)果
仿真流程
模型導(dǎo)入
打開Ansys電子桌面，導(dǎo)入第三方CAD建模工具已處理好的車體三維模型（導(dǎo)入前可根據(jù)仿真需求適當(dāng)簡化，或?qū)AD模型導(dǎo)入Ansys SCDM模型前處理工具進(jìn)行簡化處理，加快仿真效率）。
圖2 HFSS車體模型導(dǎo)入
導(dǎo)入天線或輻射源模型
導(dǎo)入天線或輻射源模型，HFSS有多種處理方式。
ANSYS workbench瞬態(tài)傳熱相變分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)傳熱相變的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 傳熱相變瞬態(tài)熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS Workbench穩(wěn)態(tài)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(zhì)，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(shí)體現(xiàn)象，因?yàn)?em>輻射從體中發(fā)散出；
4、對于不透明體，輻射主要是平面現(xiàn)象，因?yàn)閹缀跛袃?nèi)部輻射都被實(shí)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(guān)于輻射的重要假設(shè)
（1）ANSYS認(rèn)為輻射是平面現(xiàn)象，因此適合用不透明平面建模；
（2）ANSYS不直接計(jì)入平面反射率。考慮到效率，假設(shè)平面吸收率和發(fā)射率相等。因此，只有發(fā)射率特性需要在ANSYS輻射分析中定義。
（3）ANSYS不自動計(jì)入發(fā)射率的方向特性，也不允許發(fā)射率定義隨波長變化。發(fā)射率可以在某些單元中定義為溫度的函數(shù)。
（4）ANSYS中所有分隔輻射面的介質(zhì)在計(jì)算輻射能量交換時(shí)都看作是不參與輻射的能量交換（不吸收也不發(fā)射能量）。
2、ANSYS求解方法
ANSYS使用一個(gè)簡單的過程求解多個(gè)平面輻射問題，矩陣形式如下：
[K’]{T}={Q}
其中，[K’]是的T3函數(shù)。
生成多平面問題系統(tǒng)的矩陣要比前面列出的簡單因子近似方法復(fù)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(wěn)態(tài)熱輻射分析案例
1.案例介紹
一個(gè)螺旋金屬棒內(nèi)側(cè)有個(gè)圓柱結(jié)構(gòu)，利用Workbench平臺中的APDL熱輻射命令，分析當(dāng)螺旋金屬棒有0.5w/m3的損耗密度時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的熱分布。
展開 AnsysWB-硅芯片表面貼裝封裝的傳熱仿真 ￥15
所有集成電路 （尤其是高速器件）都會產(chǎn)生熱量。在當(dāng)今密集的電子系統(tǒng)布局中，多
數(shù)情況下熱源都置于靠近熱敏性集成電路的位置。印刷電路板的設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要考
慮熱敏器件和發(fā)熱器件的相對位置，使敏感器件不至于過熱。
有一種發(fā)熱裝置是調(diào)壓器，可以產(chǎn)生幾瓦的熱量，溫度會超過 70?C。如果在設(shè)計(jì)電路
板時(shí)將這樣的裝置置于靠近包含敏感硅芯片的表面貼裝封裝的位置，則調(diào)壓器的熱量
可能導(dǎo)致可靠性問題，進(jìn)而因過熱發(fā)生故障。
