ansys輻射模型的案例
熱輻射的輻射模型
熱的對(duì)流、傳導(dǎo)、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(shí)就是溫度的高低）。說人話就是物體放在那里就會(huì)通過輻射傳遞熱量，當(dāng)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(shí)很好區(qū)分，對(duì)流和傳導(dǎo)需要其它介質(zhì)參與，而輻射只需要那個(gè)物體在就會(huì)進(jìn)行輻射。 理解完輻射，來說輻射模型，既然有了輻射這種現(xiàn)象，我們?nèi)绾蚊枋隹臻g種能量輻射的過程？對(duì)，輻射模型就是做這個(gè)的。 tip：做仿真的時(shí)候我們也會(huì)注意到這樣一個(gè)問題，我們需要設(shè)置介質(zhì)，一個(gè)原因是往往是多個(gè)物理現(xiàn)象，另一個(gè)根本原因是不同介質(zhì)的性質(zhì)不同，參與輻射時(shí)的吸收率、散射系數(shù)、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(xué)系統(tǒng)最常見的是圓形活塞模型。在數(shù)學(xué)上，帶障板圓形活塞的輻射阻抗是有確定的表達(dá)式的。但很多電路分析軟件并不支持Bessel函數(shù)等高階表達(dá)式。
因此，Scott Porter和Stephen Thompson在2009年AES 127th會(huì)議上發(fā)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(jì)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(dá)到良好的近似。
借這個(gè)模型也來談?wù)勥€是比較復(fù)雜的聲輻射阻抗。
數(shù)學(xué)模型
聲輻射阻抗相當(dāng)于流體對(duì)聲源活塞表面的加載
其中實(shí)部
虛部
k是波數(shù)，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(shí)部和虛部隨ka的變化可以采用matlab，mathematica等數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行繪制。
近似表達(dá)式以及對(duì)應(yīng)的SPICE模型
一般來說，我們是在遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，即ka>>1。
在2ka>>1時(shí)，可以得到近似的表達(dá)式：
精確解和上述近似解的差異繪制如下：
在ka比較小時(shí)，對(duì)表達(dá)式進(jìn)行級(jí)數(shù)展開
結(jié)合以上兩個(gè)近似表達(dá)式，可以在SPICE中構(gòu)建出輻射阻抗電路
近似表達(dá)式和精確模型的對(duì)比
由以上SPICE中構(gòu)建出電路得到的輻射阻抗實(shí)部和虛部：
相對(duì)誤差：
絕對(duì)誤差：
這種誤差程度在工程應(yīng)用上是完全可接受的。
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
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(duì)表面的輻射加熱或冷卻
（3）輻射、對(duì)流和導(dǎo)熱耦合傳熱
（4）HVAC應(yīng)用中透過窗戶的熱輻射，以及汽車工業(yè)中車廂內(nèi)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(yōu)勢(shì)及限制
優(yōu)勢(shì)：（1）模型較為簡(jiǎn)單（2）可以通過增加射線數(shù)量來提高計(jì)算精度（3）可以用于光學(xué)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(guān)于入射角各向同性反射的。（2）不包括散射效應(yīng)。（3）基于灰體輻射假定。（4）對(duì)于大數(shù)目的射線問題，非常耗費(fèi)CPU時(shí)間。（5）不能與非共形交界面或滑移網(wǎng)格同時(shí)使用。（6）不能用于并行計(jì)算中。
4、P1模型的優(yōu)勢(shì)及限制
優(yōu)勢(shì)：（1）輻射模型為一個(gè)擴(kuò)散方程，求解需要較少的CPU時(shí)間。（2）考慮了擴(kuò)散效應(yīng)。（3）對(duì)于光學(xué)深度比較大（如燃燒應(yīng)用中），P-1模型表現(xiàn)非常好。（4）P-1模型使用曲線坐標(biāo)很容易處理復(fù)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(xué)深度很小時(shí)，可能會(huì)喪失精度。（4）傾向于預(yù)測(cè)局部熱源或接收器的輻射通量。
5、Rosseland輻射模型的優(yōu)勢(shì)及限制
優(yōu)勢(shì)：相對(duì)于P-1模型，它不求解額外的關(guān)于入射輻射的傳輸方程，因此比P-1模型計(jì)算要快，且更節(jié)省內(nèi)存。
限制：只能用于光學(xué)深度比較大的情況，推薦用于光學(xué)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(yōu)勢(shì)及限制
DO模型能夠求解所有光學(xué)深度區(qū)間的輻射問題；能求解燃燒問題中的面對(duì)面輻射問題，內(nèi)存和計(jì)算開銷都比較適中。
DO模型能用于計(jì)算半透明介質(zhì)輻射。
展開 
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(huì)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
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通過EMC輻射發(fā)射測(cè)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(píng)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(cè)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(huì)主要是基于Ansys平臺(tái)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(huì)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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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(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(chǎng)、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(jiǎn)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(tái)筒和位于圓臺(tái)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(duì)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(huì)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(hào)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(hào)相同部分會(huì)放到一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，序號(hào)不同的部分則不會(huì)有輻射關(guān)聯(lián)。此處輻射空間序號(hào)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(hào)，不同輻射空間的保證為不同序號(hào)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 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 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(duì)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(wàn)分感謝！
展開 ANSYS輻射仿真模擬
因?yàn)檎麄€(gè)輻射傳熱過程為封閉系統(tǒng)，所以不必考慮兩圓柱體與外界的傳熱。
1.5材料性能參數(shù)
材料性能參數(shù)
1.6 建立ANSYS有限元模型
根據(jù)圓柱體結(jié)構(gòu)特征，定義其ANSYS單元類型為Thermal Solid實(shí)體單元;而后采用ANSYS中的實(shí)體建模工具構(gòu)建其模型，建模完畢對(duì)鑄件局部采用映射(Mapped)方式網(wǎng)格剖分。其他部分則利用智能網(wǎng)格劃分器自由剖分，以達(dá)到所需部位網(wǎng)格細(xì)化的目的，從而兼顧計(jì)算精度和運(yùn)算速度。鑄件劃分網(wǎng)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(wěn)態(tài)分析，確定本文第1. 3節(jié)初始條件及本文第1. 4節(jié)邊界條件，設(shè)置穩(wěn)態(tài)分析時(shí)間步長(zhǎng)為O.Ols，施加溫度載荷、對(duì)流載荷，得到初始溫度場(chǎng)分布，將其作為整個(gè)瞬態(tài)分析過程的初始溫度場(chǎng);打開時(shí)間積分選項(xiàng)，設(shè)置計(jì)算終止時(shí)間為16200s，進(jìn)行瞬態(tài)分析，著重研究該時(shí)間段內(nèi)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。
1.8模擬結(jié)果及分析
從上面分析可以看出，如果不采取措施，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能不準(zhǔn)確。使結(jié)果不準(zhǔn)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(duì)流和輻射兩種方式散失于周圍環(huán)境中的熱量。
從本例建立有限元模型、設(shè)置材料性能參數(shù)等可知，可以選擇適當(dāng)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(chǎng)分布。
2 結(jié)語(yǔ)
本文在結(jié)合輻射傳熱過程的基礎(chǔ)上，給出一種對(duì)其溫度場(chǎng)應(yīng)用ANSYS軟件模擬仿真的簡(jiǎn)單方法。該方法充分利用零件的結(jié)構(gòu)特征，選取最恰當(dāng)?shù)膯卧愋?，不但?jì)算簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，而且誤差較小，精度較高，從而達(dá)到了兼顧計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間的模擬要求;該模擬結(jié)果對(duì)于爐內(nèi)傳熱的合理設(shè)計(jì)十分重要，對(duì)于高溫爐操作工的勞動(dòng)保護(hù)也有積極義。
展開 基于Icepak仿真太陽(yáng)輻射對(duì)儲(chǔ)能工商業(yè)機(jī)柜的案例（包括仿真模型和仿真步驟） ￥80
對(duì)于工商業(yè)儲(chǔ)能機(jī)柜，應(yīng)用于戶外，需要考慮太陽(yáng)輻射對(duì)散熱影響，本案例基于icepak建立仿真模型，包括詳細(xì)仿真設(shè)置步驟及仿真模型，可直接下載運(yùn)行出結(jié)果。
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ANSYS ICEPAK 輻射計(jì)算時(shí)各個(gè)不同時(shí)區(qū)的簡(jiǎn)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(huì)182講---電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)理論視頻課程（國(guó)內(nèi)首套有關(guān)散熱理論設(shè)計(jì)的系統(tǒng)培訓(xùn)課程）
ANSYS ICEPAK 視頻培訓(xùn)課程：
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(dòng)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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展開 Ansys HFSS整車天線布局與輻射近場(chǎng)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(jiǎn)化，或?qū)AD模型導(dǎo)入Ansys SCDM模型前處理工具進(jìn)行簡(jiǎn)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(zhǎng)為0.1~100um。這包括超微波，所有可以用肉眼看到的波長(zhǎng)和長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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?？紤]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(dòng)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(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(tái)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 基于ANSYS經(jīng)典界面的雙波導(dǎo)的聲輻射分析
本例子來自于ANSYS15聲場(chǎng)分析的例子《13.9. Example: Radiation from Two Waveguides》，為方便講解，對(duì)命令流進(jìn)行了調(diào)整，并在后處理中加入了云圖顯示。
7. 本例使用命令流進(jìn)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(jìn)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(chuàng)建其它體單元做過渡。用完后就會(huì)清除掉。
220是FLUID220，其中第3行的該單元用于域內(nèi)，建?？諝?；而第4行用于建模邊界，表達(dá)網(wǎng)格截?cái)唷?1.2 創(chuàng)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(chuàng)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(shù)
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(chuàng)建四個(gè)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(nèi)面的小矩形。然后把所有的面粘貼在一起，結(jié)果如下圖。
展開 