ansys輻射傳熱模擬的案例
模擬不同類型的表面輻射傳熱
在模擬熱模型中的輻射熱載荷時，我們需要仔細考慮入射的熱輻射如何與表面相互作用。如果要模擬一個沒有任何折射的系統，我們可以使用 COMSOL 軟件傳熱模塊中的表面對表面輻射接口，該接口具有模擬漫反射和鏡面反射、吸收和透射的能力。本文，我們將了解更多輻射傳熱模擬的詳細內容。
模擬入射到表面的紅外輻射
我們模擬的是灰體輻射，所以存在關系式 ，并根據下面兩個屬性描述表面行為：
發射率 ，表面輻射與理想輻射體的比率。在關于模擬發射率的文章中介紹過
，漫反射率
表面吸收率等于發射率，，因此鏡面反射率為 。吸收率為零意味著所有輻射都被反射了， 意味著所有的輻射都被吸收了。雖然在現實情況下，我們的材料只能無限接近完全吸收的假定，但有時全吸收或全反射（漫反射或鏡面反射）的概念在建模時很有用。
下圖顯示了準直入射輻射通量的幾種情況：
被完美吸收
被漫反射，有可能被吸收
被鏡面反射，有可能被吸收
被吸收、漫反射和鏡面反射
入射在表面上的準直輻射束的吸收率（發射率）和漫反射率的各種組合。圖中省略了由于表面溫度非零引起的發射。
需要在表面對表面輻射接口中使用射線發射 方法來模擬鏡面反射。使用這種方法時，不透明表面 特征允許輸入漫反射率和表面發射率，并且表面發射率（吸收率）可以隨角度變化。其他方法，直接面積分 方法（僅用于沒有任何視線阻礙因素的較小模型）和Hemicube方法，不能模擬鏡面反射。因此使用這些方法時，漫反射表面 特征僅允許我們輸入發射率并計算漫反射率 。對于本文介紹的示例，我們將僅使用射線發射 方法，因為它可以模擬我們想要研究的所有情況。
為了直觀起見，我們以下圖所示的真空腔室熱模型為例來說明。
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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
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