ansys 輻射傳熱模擬的案例
ANSYS輻射仿真模擬
依據(jù)ANSYS模擬溫度場(chǎng)，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(lái)自百度百科
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(shí)，我們需要仔細(xì)考慮入射的熱輻射如何與表面相互作用。如果要模擬一個(gè)沒(méi)有任何折射的系統(tǒng)，我們可以使用 COMSOL 軟件傳熱模塊中的表面對(duì)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(xì)內(nèi)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(guān)系式 ，并根據(jù)下面兩個(gè)屬性描述表面行為：
發(fā)射率 ，表面輻射與理想輻射體的比率。在關(guān)于模擬發(fā)射率的文章中介紹過(guò)
，漫反射率
表面吸收率等于發(fā)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(xiàn)實(shí)情況下，我們的材料只能無(wú)限接近完全吸收的假定，但有時(shí)全吸收或全反射（漫反射或鏡面反射）的概念在建模時(shí)很有用。
下圖顯示了準(zhǔn)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(zhǔn)直輻射束的吸收率（發(fā)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(fā)射。
需要在表面對(duì)表面輻射接口中使用射線發(fā)射 方法來(lái)模擬鏡面反射。使用這種方法時(shí)，不透明表面 特征允許輸入漫反射率和表面發(fā)射率，并且表面發(fā)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(méi)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(shí)，漫反射表面 特征僅允許我們輸入發(fā)射率并計(jì)算漫反射率 。對(duì)于本文介紹的示例，我們將僅使用射線發(fā)射 方法，因?yàn)樗梢?em>模擬我們想要研究的所有情況。
為了直觀起見(jiàn)，我們以下圖所示的真空腔室熱模型為例來(lái)說(shuō)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(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(lái)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(guò)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(méi)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。
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