Fluent輻射計算的案例
計算輻射傳熱的 3 種方法
計算輻射傳熱的三種方法
計算輻射傳熱的三種方法是：
直接面積積分法
半立方體法
射線發射法
1. 直接面積積分法
直接面積積分方法的原理是對所有相對的表面對進行雙重積分。只要表面之間沒有障礙物或陰影，就可以使用它。這種方法已被證明是準確的，其準確度僅由輻射積分階數控制。
這種方法總是滿足互易關系，但如果離散化太低并且網格非常粗，那么對于封閉空腔，環境角系數可能不為零。如果單元很多，直接面積積分會使計算量增大。此外，由于不考慮陰影，它主要用于模擬小凹腔，因此在實踐中很少使用。
2.半立方體法
由下圖我們可以從概念上來理解半立方體方法。考慮一個表面單元，圍繞該單元繪制五個邊界，并將它們均一像素化。然后，將周圍的面投影到這些像素化邊界上，并計算與每個面相關聯的像素，以確定來自周圍面的輻射熱通量以及輻照到該單元的熱通量有多少。對每個表面重復此操作。
半立方體方法將周圍的面投影到一組像素化邊界上來計算輻照度。
通過 z-buffering 可以有效地處理周圍面的陰影，因此計算成本很低。這種方法的單一設置，即 輻射分辨率 控制著像素數。互易關系的精度會隨著輻射分辨率的提高而提高，封閉空腔環境的角系數將始終為零。
3. 射線發射法
射線發射方法適用于存在與角度相關的發射率、鏡面反射率或半透明表面。射線發射法，顧名思義，就是在空間中發出射線。但需要注意的是，這是一種 反向 射線追蹤方法。從每個單元的評估點出發，向外投射一組光線，用于確定該方向的輻照度。因此，可以將這些射線想象成與入射輻射方向相反。這些射線代表來自周圍半球空間的總輻照度的有限采樣。
根據三維半球的離散化說明射線發射方法，輻射分辨率為 4。基礎棋盤格（左）的 16 個圖塊中的每個圖塊具有相等的面積。
展開 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）表面對表面的輻射加熱或冷卻
（3）輻射、對流和導熱耦合傳熱
（4）HVAC應用中透過窗戶的熱輻射，以及汽車工業中車廂內的模擬
（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模型的優勢及限制
優勢：（1）模型較為簡單（2）可以通過增加射線數量來提高計算精度（3）可以用于光學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于入射角各向同性反射的。（2）不包括散射效應。（3）基于灰體輻射假定。（4）對于大數目的射線問題，非常耗費CPU時間。（5）不能與非共形交界面或滑移網格同時使用。（6）不能用于并行計算中。
4、P1模型的優勢及限制
優勢：（1）輻射模型為一個擴散方程，求解需要較少的CPU時間。（2）考慮了擴散效應。（3）對于光學深度比較大（如燃燒應用中），P-1模型表現非常好。（4）P-1模型使用曲線坐標很容易處理復雜幾何
限制：（1）假定所有的表面均為散射。（2）基于灰體輻射假定。（3）在光學深度很小時，可能會喪失精度。（4）傾向于預測局部熱源或接收器的輻射通量。
5、Rosseland輻射模型的優勢及限制
優勢：相對于P-1模型，它不求解額外的關于入射輻射的傳輸方程，因此比P-1模型計算要快，且更節省內存。
限制：只能用于光學深度比較大的情況，推薦用于光學深度大于3的情況下；不能用于密度基求解器。
6、DO模型的優勢及限制
DO模型能夠求解所有光學深度區間的輻射問題；能求解燃燒問題中的面對面輻射問題，內存和計算開銷都比較適中。
DO模型能用于計算半透明介質輻射。
展開 操作教程 | FLUENT散熱器熱輻射模擬
計算求解
單擊主菜單中Solving→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。
在Number of Iterations中輸入100，單擊Calculate開始計算。
10. 結果后處理
進入CFD-Post界面，顯示云圖。
平板聲輻射功率計算
采用圖（1）（2）（3）的計算過程求取R矩陣，R為正定實對稱矩陣，如圖(4)所示,圖(5)為R的等高線圖，可見是對稱陣；圖（6）為特征值分解后的特征向量，是雜亂無章的。采用圖(3)公式，以（j*振型*圓頻率）作為速度分布，計算聲輻射模態，不能像振型一樣得到明顯的規律，如圖(7)所示；不知為何？正定實對稱矩陣特征值分解后，除了正交以外還有其他怎樣的規律呢？比如像振型這樣的元素分布。
空腔內的輻射換熱計算
計算設置
本次計算假定各向同性散射和輻射平衡，不考慮流場計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的散射系數為0.5/m
熱輻射模型
選擇DO熱輻射模型
邊界條件
設置墻體的溫度值
計算結果
計算域溫度云圖
計算值與實驗值對比
熱通量對比圖表
參考文獻
G.D Raithby, E.H. Chui. “A Finite Volume Method for Predicting a Radiant Heat Transfer in Enclosoures with Participating Media”. Journal of Heat Transfer. Volume 112, pp. 415-423, 1990
展開 Fluent輻射模擬中一個關于空氣參數的設定問題
在做一個輻射傳熱問題，空氣參數用伯斯涅興課假設，但是空氣吸收系數不知道如何設定，請高手執教
基于CST計算Anapole源的輻射特性
經典非輻射電磁源是否存在？一直是令人困惑的問題。論文研究了放置在內孔內的由電或磁點狀偶極子天線激發的單個超高介電率中空盤組成的物理系統的輻射特性。利用解析和數值方法，證明了這種系統可以支持準極點狀態（Anapole），完全抑制遠場輻射，從而表現出電或磁非輻射源的特性。
結構如圖1所示，偶極子天線嵌入到介質桶中，輻射特性如右圖所示，在左右出現了一個輻射極低的態，即為Anapole源。
圖1
接下來，進行仿真驗證，首先建模介質桶，圓柱挖孔，如圖2所示
圖2
然后設置激勵源，論文使用一個偶極子天線去激勵，因此我們用銅棒去建模一個偶極子天線。如圖3所示。
圖3
端口采用離散端口，連接在兩個金屬棒之間，如圖4所示。
圖4
由于要測量輻射特性，因此要加入遠場檢測，添加100個測量點，如圖5所示。
圖5
計算完之后輻射能量的結果在power一欄，如圖6所示。
圖6
可以看到在410 MHz處出現了輻射的極小值，和論文結果一致。
圖6
參考文獻
[1] Zanganeh, Esmaeel, et al. "Anapole meta-atoms: nonradiating electric and magnetic sources." Physical Review Letters 127.9 (2021): 096804.
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 Theseus-FE輻射求解器及計算速度測試
Theseus-FE輻射求解器及計算速度測試
Theseus-FE是國際領先的熱分析軟件。在輻射求解方面具有超強的優勢。Theseus-FE的高性能輻射求解器可快速完成短波輻射的吸收、傳輸和反射分析以及長波輻射的吸收、散射和多重反射計算。對于計算輻射傳熱必須的角系數，THESEUS-FE采用最先進的計算機圖形學算法：kd-tree，能夠充分考慮陰影效應等多種因素對熱輻射造成的影響；其針對復雜大模型的智能分塊技術不僅能以極高的效率完成計算還降低了對內存和存儲空間的要求。
輻射求解器基于以下算法
(1)高速射線跟蹤法 (空間分割法)
(2)角系數矩陣壓縮
(3)單元自動拼接算法
(4)迭代反射求解器 (灰體)
(5)陽光, 透射, 折射
(6)并行CPU技術
為驗證Theseus-FE的輻射計算功能，編者用小算例做了測算。下面將對計算算例和測試情況做以說明
Theseus-FE輻射求解器及計算速度測試.pdf
展開 關于指數號筒的輻射阻抗和截止頻率計算
它提供了較為均勻的輻射特性和較寬的頻率響應范圍。
3 擴張常數（flare constant）
它是指喇叭橫截面的形狀參數，用于描述喇叭的逐漸擴大或收縮的程度。
喇叭的橫截面可以是各種形狀，如圓形、拋物線形、指數形等。這些不同的形狀會對喇叭的聲學特性產生影響。喇叭的擴張常數是其中一個重要的參數，它決定了喇叭橫截面的變化速率。在指數喇叭中，擴張常數表示喇叭橫截面的幾何級數增長率。具體來說，如果喇叭的截面積隨著距離喇叭口越來越遠而以指數函數的形式增大，那么擴張常數就是這個指數函數的底數。較大的擴張常數表示喇叭的橫截面變化更為急劇，喇叭的聲壓級分布也會相應改變。通過調整喇叭的擴張常數，設計師可以控制喇叭的頻率響應、指向性和功率傳輸等聲學特性。一般來說，較小的擴張常數可使喇叭具有更廣的頻率響應范圍，但指向性較差；而較大的擴張常數則可以提供更好的指向性，但可能限制頻率響應的范圍。
4 喇叭的截止頻率（horn cutoff frequency）
它是喇叭能傳播有效聲音的最低頻率。在該頻率以下，喇叭無法有效傳輸聲音。它是與喇叭的尺寸、形狀和設計參數等因素相關的重要參數。
展開 ANSYS ICEPAK 輻射計算時各個不同時區的簡介
為了方便起見，我在這里放上紐約，加州以及北京實時顯示的時鐘，以省去計算的麻煩。
THE END
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展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran的等效輻射聲功率ERP計算
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
在車輛開發前期的動力系統開發或車身開發中，我們可以通過抑制結構表面法向振動速度縮小輻射噪聲，同時，精確識別結構局部模態對輻射噪聲影響。利用ERP分析，可以在頻率響應分析中快速獲取特定激勵下部件與面板的最大潛在聲輻射數據，從而準確定位結構中聲輻射最大的區域。基于這一結果，可采取結構優化措施（如對鈑金件進行形貌優化）或增加阻尼片等方式，有針對性地抑制結構表面振動，進而有效降低結構振動產生的輻射噪聲。
等效輻射功率
等效輻射功率（Equivalent Radiated Power, ERP）分析作為一種表征結構振動聲輻射的計算方法，自2008年引入MSC Nastran軟件，經過多年開發與更新，功能與優勢如下：
? 支持分析類型：頻響分析和瞬態分析。
? 峰值點輸出：與PEAKOUT結合，支持系統自動識別峰值點，一步分析輸出或用戶自定義頻率輸出點。
? 支持模態貢獻率分析：將面板等效聲輻射分解到面板局部模態。
? 計算高效性：無需對流體媒質進行建模，計算速度快。
? 支持ERP輻射值為設計響應：基于ERP的優化對計算資源與時間的要求顯著低于聲學響應優化，適用于拓撲/幾何驅動的聲學設計。
? 阻尼表征能力：定義局部結構阻尼研究對ERP影響。
? 分析結果格式：csv、OP2、PCH、H5格式，展示和二次處理方便。
展開 
方腔內熱傳導和輻射耦合計算
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了方腔內熱傳導和輻射耦合計算。材料屬性設置為傳導輻射參數N＝1，介質的散射系數為0。方形腔的一個壁面設置為高溫，其他壁面設置為低溫。
計算域：1m X 1 m
材料屬性：Thermal Conductivity = 1W/m-K，Absorption Coefficient =0.228/m
邊界條件：高溫壁面溫度為100K，低溫壁面溫度為50K
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為10000
計算設置
本次為穩態計算，材料屬性被設置為模擬所需的傳導輻射分數。輻射熱通量僅占總熱通量的一小部分。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置熱傳導系數和吸收系數
輻射模型
選擇DO輻射模型
邊界條件
設置高溫壁面的溫度值和輻射參數
設置低溫壁面的溫度值和輻射參數
計算結果
計算域溫度場云圖
計算值與實驗值對比
對比圖表
注意：這里用到的是歸一化數據，fluent計算數據的y軸坐標溫度值要除以100。
參考文獻
D.R. Rousse, G. Gautier, J.F. Sacadura. “Numerical predictions of two-dimensional conduction, convection, and radiation heat transfer. II. Validation”, International Journal of Thermal Sciences, Vol 39, pp. 332-353, 2000.
展開 如何在集群環境中使用fluent計算——fluent并行計算初步（超小白入門，老鳥略過：
現在國內的開放式機群環境越來越多，許多都部署了fluent（大好事），不過還是有許多人不太清楚如何利用這些有用的資源。這里結合我所在單位的情況做一個簡單的介紹，其他的機群環境大同小異。
1、
什么是機群？有什么特點？
機群又叫集群，當然就是許多的計算機（廢話），因為機器太多了，又需要協同工作，所以需要按照一定的方式來管理，管理的結構形式叫做拓撲（這個不用管）。機群使用的電腦是刀片（又薄又長的機箱）形式（為了便于插入機柜），一個刀片一般稱為一個節點。
一般而言，機群會分為三種節點：管理節點（若干臺），編譯節點（若干臺），計算節點（其余全部）。這三種節點的配置略有不同（廢話），管理節點主要用來存儲使用機群的用戶的信息，如名字，密碼，可以使用機器數的權限，用戶狀態等等；編譯節點一般用來預查程序故障，用戶的程序先在這里試運行，查看是否與系統兼容等；計算節點用來直接計算其他節點提供來的程序。
就配置而言，管理節點和編譯節點一般相同，會部署軟件環境；計算節點只會部署簡單的必要運行文件。計算機點之間會采用高速交換機，速度可達幾十GB/s，如IB等；計算節點與編譯、登陸節點之間采用普通的萬兆交換機。
2、
如何使用機群？
機群中一般采用linux操作系統來操作（多用戶情況下效率高），用戶會通過遠程登錄軟件（如xshell）來登錄到登陸節點進行個人的操作（一般會通過VPN網絡加密數據傳輸）。
Linux集群將程序任務分解發送到計算節點上時，是通過LSF作業調度系統（也有其他的，如PBS等）來實現的，這個系統的作用是使整個機群負載均衡，便于管理，所以我們使用fluent也要通過這個系統。在成熟的集群中，用戶登錄之后，默認便可以使用作業調度系統了。
展開 一文讀懂Fluent并行計算，三大技術提升計算效率新境界！
作為流體仿真軟件的“頂流”，Fluent被學生、工程師及科研人員廣泛使用。隨著技術的不斷進步，Ansys工程師們致力于優化底層的并行算法，以提升其計算性能，使用戶體驗飛一般的計算速度。
在Ansys Fluent中，盡管工程師已經針對并行算法進行了充分優化，但在實際應用中，還有其他方法可以進一步提高計算性能。本文闡述了Fluent并行計算的基本原理，同時探討通過AVX2指令集加速、GPU加速以及超線程等技術手段來提高計算效率。
01 什么是Fluent并行計算
Fluent的并行求解器通過協同運作多個進程來計算大型問題，這些進程既可以在同一臺機器上運行，也可以在網絡中的不同設備上運行。
并行求解器將計算域分為多個區域（圖1），將各數據分區分配至不同的計算進程（稱為計算節點，圖2），每個計算節點都在其專屬數據集上同步執行同一程序。主進程（或稱為主機）不包含網格單元、面或節點（除非使用 DPM 共享內存模型），其主要職責是解析 Cortex（負責用戶界面和圖形相關功能的 Fluent 進程）發送的指令，并將這些指令（及數據）傳遞給某一計算進程，再由該計算進程將其分發至其他計算進程。
圖1:計算區域分區
圖2：分區網格邊界
計算節點負責存儲并執行部分網格的計算任務，而位于分區邊界的單層重疊單元格層則負責跨分區邊界的通信（圖2）。盡管單元格和面被分割，但網格中的所有域和線程在每個計算節點上均存在鏡像（圖3）。線程以鏈接列表的形式存儲，和串行求解器保持一致。計算節點可在大規模并行計算機、多CPU 工作站或具備相同或多工作站組成的網絡 上實現。
展開 FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統中固體區域運動控制方程，并將計算得到的邊界運動位移以動網格形式更新流場的邊界條件，從而實現雙向流固耦合仿真。其實，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經是內嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時獲得結構最終位移和流場壓力及速度分布。
固體區域設置
流固耦合界面設置
仿真計算結果
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