DO輻射模型的案例
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
熱輻射的輻射模型
熱的對流、傳導、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，其實就是溫度的高低）。說人話就是物體放在那里就會通過輻射傳遞熱量，當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。其實很好區分，對流和傳導需要其它介質參與，而輻射只需要那個物體在就會進行輻射。 理解完輻射，來說輻射模型，既然有了輻射這種現象，我們如何描述空間種能量輻射的過程？對，輻射模型就是做這個的。 tip：做仿真的時候我們也會注意到這樣一個問題，我們需要設置介質，一個原因是往往是多個物理現象，另一個根本原因是不同介質的性質不同，參與輻射時的吸收率、散射系數、折射率都不相同。
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展開 利用Shell conduction 得到更精確的熱分析
采用DO輻射模型。
下面的面沿長度方向的溫度分布，兩者的區別很明顯。
采用Shell conduction
同樣計算下面的面沿長度的溫度分布：
兩者幾乎一摸一樣。
這是實際一個產品，一般會省略外部的殼體solid domain，只作為wall來計算。% {, p5 b: ]4 l: M& S' c
這是計算結果：
結果同樣明顯。
使用shell conduction的限制
Planar conduction model limitations :
Only 3d configuration
Only segregated solver
No mesh adaption
No Split or Merge of wall Shell
Not possible with those models
Multiphase : Mixture, VOF, Eulerian
Reactive : non-premixed et partially-premixed
Radiation : Wall Shell can’t be semi-transparent
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 
旋流空氣非預混甲烷燃燒
能量方程
激活能量方程
輻射模型
激活DO輻射模型
湍流模型
選擇Realizable k-e湍流模型
擴散燃燒模型
激活Species Model，選擇非預混燃燒，點擊菜單欄Flie->Read導入PDF文件
PDF文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/11XtFjMDkNvnHlApjH0cwBg 密碼: xj4y
邊界條件
設置環形空氣入口流速
設置同向流入空氣流速
設置甲烷流入流速
設置壓力出口
其他壁面均為絕熱壁面
計算結果
計算域溫度場云圖
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
X=40mm處軸向速度對比圖表
環向速度對比圖
溫度對比圖
參考文獻
P.A.M. Kalt, Y.M. Al-Abdeli, A.R. Masri, R.S. Barlow, “Swirling turbulent non-premixed flames of methane: Flow field and compositional structure”.
Proceedings of the Combustion Institute, Vol 29, pp. 1913-1919, 2002 Y.M. Al-Abdeli, A.R.
展開 圓形活塞輻射阻抗的SPICE模型
這些聲學系統最常見的是圓形活塞模型。在數學上，帶障板圓形活塞的輻射阻抗是有確定的表達式的。但很多電路分析軟件并不支持Bessel函數等高階表達式。
因此，Scott Porter和Stephen Thompson在2009年AES 127th會議上發表了一篇論文《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到良好的近似。
借這個模型也來談談還是比較復雜的聲輻射阻抗。
數學模型
聲輻射阻抗相當于流體對聲源活塞表面的加載
其中實部
虛部
k是波數，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。
實部和虛部隨ka的變化可以采用matlab，mathematica等數學軟件進行繪制。
近似表達式以及對應的SPICE模型
一般來說，我們是在遠場進行測量，即ka>>1。
在2ka>>1時，可以得到近似的表達式：
精確解和上述近似解的差異繪制如下：
在ka比較小時，對表達式進行級數展開
結合以上兩個近似表達式，可以在SPICE中構建出輻射阻抗電路
近似表達式和精確模型的對比
由以上SPICE中構建出電路得到的輻射阻抗實部和虛部：
相對誤差：
絕對誤差：
這種誤差程度在工程應用上是完全可接受的。
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 基于Icepak仿真太陽輻射對儲能工商業機柜的案例（包括仿真模型和仿真步驟） ￥80
對于工商業儲能機柜，應用于戶外，需要考慮太陽輻射對散熱影響，本案例基于icepak建立仿真模型，包括詳細仿真設置步驟及仿真模型，可直接下載運行出結果。
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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 雙層幕墻熱氣流流體動力學熱工模擬
雙層玻璃幕墻外層玻璃受太陽輻射熱作用下，熱通道內空氣被加熱，產生質量力形成自然熱氣流，這種現象就是“煙囪效應”。煙囪效應在雙層玻璃幕墻中的使用，還有效的阻擋了熱量的傳遞，降低建筑墻體的傳熱系數，達到了節約建筑能耗的作用。
本次模擬計算我們作以下的基本假設：
①穩定的外界環境條件；
②熱通道內的空氣為不可壓縮牛頓流體，并且滿足Boussinesq假設；
③不考慮玻璃壁面蓄熱；
④假定幕墻密封性能好，不考慮空氣漆透；
⑤常溫下幕墻材料特性與溫度無關；
⑥忽略室外風速的影響。
選用的計算模型：
①RNG k-ε湍流模型；
②DO熱輻射模型；
③太陽輻射模型。
計算結果：
文章來自微信公眾號CFD仿真
展開 【新聞】智能熱流體仿真軟件 - AICFD 2022R1版本發布
圖2 錐形燃燒器燃燒火焰模擬
（2）熱輻射模型：
此版本增加DO熱輻射模型，可以針對工業領域自然輻射，電子散熱輻射，鍋爐輻射等進行仿真分析
。
圖3 方腔熱輻射及室內熱輻射+自然流動模擬
更新并豐富后處理及監控功能
（1）表面流線圖：1.1版本已包含體流線圖，2022 R1版本增加表面流線圖，用于分析平面場流線分布。
（2）表面矢量圖：1.1版本已包含體矢量圖功能，2022 R1版本增加表面矢量圖，用于分析平面場矢量分布。
（3）
導出數據：
支持導出線段、平面上流場變量數據。
（4）流場實時顯示：用于在求解過程中監控流場云圖變化，此版本支持串行計算條件下，監控流場計算域或者不同平面位置云圖變化信息。
（5）
圖表功能
：
穩態問題圖表界面顯示及設置全面升級細化，并增加時序結果點變量作圖功能。
（6）動畫功能：更新穩態，瞬態動畫功能及相關設置界面，增加關鍵幀動畫功能。
圖4 后處理及監控功能
優化AI預測和AI加速功能
（1）
AI預測功能
：
增加AI預測變量列表，用戶可根據更多參數變量，預測流場結果。
圖5 AI預測界面及AI預測案例
（2）AI加速功能：更新AI加速界面設置選項，加速精度、穩定性優化。
圖6 AI加速案例
其它更新功能
（1）
自建材料功能
：
增加用戶自定義材料屬性并添加至軟件材料庫功能。
展開 
高手拆招，如何使用 Fluent 軟件做好電子產品的散熱問題？
Fluent 提供多種密度模型來描述自然對流，比較常用的有以下幾種：
l Ideal gas 理想氣體
l Incompressible ideal gas 不可壓縮的理想氣體
l Boussinesq 波斯尼克密度模型
封閉空間的自然對流模型
熱輻射模型
Fluent 可以通過多種模型計算熱輻射。但其中適用于電子散熱仿真的模型，通常推薦使用S2S和DO兩種。
S2S原則上用于真空（零光學厚度）的熱輻射問題，因為它沒有考慮介質的散射、吸收等影響，屬于表面熱輻射問題。
按照通常的概念，電子散熱的區域的流體介質幾乎都是空氣，而且空氣中的氧氣、氮氣等雙原子分子對各個波長的熱輻射都近似“透明”（絕大部分熱輻射都會穿透雙原子分子）。因此，在電子散熱問題中，S2S是優先選擇的熱輻射模型，它可以有效提升計算的精度，同時并不過大的增加計算的工作量。
S2S 模型中視線因子計算方法
DO熱輻射模型在電子散熱仿真中，應用的時機相對較少。對比S2S模型，DO模型的計算原理更加細致，可以考慮所有介質對熱輻射的影響，是精度更高的物理模型。但由于其需要輸入的材料屬性過多（且難以準確獲取）、計算時間較長，因此僅建議在一些復雜的散熱問題中使用（如：非灰體輻射、介質中含多種氣體等）。
DO模型中離散坐標系的求解方法
熱輻射問題中求解的輸運方程：
熱輻射模型使用的時機：
將輻射熱通量
與對流及導熱的傳熱速率進行對比，當二者數量級相當時，應該考慮輻射效應。
展開 如何使用 Fluent 軟件做好電子產品的散熱問題？
Fluent 提供多種密度模型來描述自然對流，比較常用的有以下幾種：
■ Ideal gas 理想氣體
■ Incompressible ideal gas 不可壓縮的理想氣體
■ Boussinesq 波斯尼克密度模型
▲ 封閉空間的自然對流模型
熱輻射模型
Fluent 可以通過多種模型計算熱輻射。但其中適用于電子散熱仿真的模型，通常推薦使用S2S和DO兩種。
S2S原則上用于真空（零光學厚度）的熱輻射問題，因為它沒有考慮介質的散射、吸收等影響，屬于表面熱輻射問題。按照通常的概念，電子散熱的區域的流體介質幾乎都是空氣，而且空氣中的氧氣、氮氣等雙原子分子對各個波長的熱輻射都近似“透明”（絕大部分熱輻射都會穿透雙原子分子）。因此，在電子散熱問題中，S2S是優先選擇的熱輻射模型，它可以有效提升計算的精度，同時并不過大的增加計算的工作量。
▲ S2S 模型中視線因子計算方法
DO熱輻射模型在電子散熱仿真中，應用的時機相對較少。對比S2S模型，DO模型的計算原理更加細致，可以考慮所有介質對熱輻射的影響，是精度更高的物理模型。但由于其需要輸入的材料屬性過多（且難以準確獲取）、計算時間較長，因此僅建議在一些復雜的散熱問題中使用（如：非灰體輻射、介質中含多種氣體等）。
▲ DO模型中離散坐標系的求解方法
■ 熱輻射問題中求解的輸運方程：
■ 熱輻射模型使用的時機：
將輻射熱通量
與對流及導熱的傳熱速率進行對比，當二者數量級相當時，應該考慮輻射效應。
展開 fluent入門一般問題（三）
概率密度函數輸運輸運方程方法(PDF方法)是近年來逐步建立起來的描述湍流兩相流動的新模型方法。所謂的概率密度函數(Probability Density Function,簡稱PDF)方法是基于湍流場隨機性和概率統計描述，將流場的速度、溫度和組分濃度等特征量作為隨機變量，研究其概率密度函數在相空間的傳遞行為的研究方法。PDF模型介于統觀模擬和細觀模擬之間，是從隨機運動的分子動力論和兩相湍流的基本守恒定律出發，探討兩相湍流的規律，因此可作為發展雙流體模型框架內兩相湍流模型的理論基礎。它實質上是溝通E-L模型和E-E模型的橋梁，可以用顆粒運動的拉氏分析通過統計理論，即PDF方程的積分建立封閉的E-E兩相湍流模型。
非預混湍流燃燒過程的正確模擬要求同時模擬混合和化學反應過程。FLUENT 提供了四種反應模擬方法：即有限率反應法、混合分數PDF 法、不平衡（火焰微元）法和預混燃燒法。火焰微元法是混合分數PDF 方法的一種特例。該方法是基于不平衡反應的，混合分數PDF 法不能模擬的不平衡現象如火焰的懸舉和熄滅，NOx 的形成等都可用該方法模擬。但由于該方法還未完善，在FLUENT 只能適用于絕熱模型。
對許多燃燒系統，輻射式主要的能量傳輸方式，因此在模擬燃燒系統時，對輻射能量的傳輸的模擬也是非常重要的。在FLUENT 中，對于模擬該過程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO 輻射模型，還有用WSGG 模型來模擬吸收系數。
在查資料時看到的，可能回答不詳細！
28 在利用prePDF計算時出現不穩定性如何解決？即平衡計算失敗。
29 在prePDF運行時，報告中會出現提示信息和錯誤有哪些？并分析錯誤的原因，提出解決的方法？
30 FLUENT運行過程中，出現殘差曲線震蕩是怎么回事？
展開 妙用Icepak特殊流體功能模擬局部真空
圖1
建立模型如圖2，紅色方塊為帶殼流體塊，流體材料、6個面的固體材料、表面材料均為默認值，內部小方塊為鋁塊(默認材料)，發熱量60W。計算域-Y面為opening速度入口0.3m/s，+Y面為opening壓力出口(選中static pressure)，其余4個面均為external conditions為temperature的wall。環境溫度20度，考慮輻射(DO模型)，重力方向-X。
圖2
求解獲得鋁塊溫度場如圖3，垂直于Z軸的總體速度剖面如圖4，垂直于Z軸的鋁塊周邊速度場如圖5。
圖3
圖4
圖5
把流體塊替換為同樣尺寸、同樣壁厚的enclosure如圖6，重新計算后鋁塊溫度場如圖7，垂直于Z軸的總體速度剖面如圖8，垂直于Z軸的鋁塊周邊速度場如圖9。
展開 