輻射模型
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-23
輻射模型的視頻教程
基于DO輻射模型的車(chē)燈傳熱模擬
1. fluent DO輻射模型傳熱仿真基本通用流程; 2. 半透明介質(zhì)設(shè)置，各種關(guān)于輻射的參數(shù)解釋; 3. fluent后處理過(guò)程； 4.提供源文件與答疑過(guò)程；
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輻射模型的實(shí)例教程
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(guò)窗戶(hù)的熱輻射，以及汽車(chē)工業(yè)中車(chē)廂內(nèi)的模擬
（5）玻璃加工、玻璃纖維拉拔及陶瓷加工過(guò)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(guò)增加射線(xiàn)數(shù)量來(lái)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(xiàn)問(wèn)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(xiàn)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(wèn)題；能求解燃燒問(wèn)題中的面對(duì)面輻射問(wèn)題，內(nèi)存和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)都比較適中。
DO模型能用于計(jì)算半透明介質(zhì)輻射。
展開(kāi) 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(guò)電磁波來(lái)傳遞能量（熱量，其實(shí)就是溫度的高低）。說(shuō)人話(huà)就是物體放在那里就會(huì)通過(guò)輻射傳遞熱量，當(dāng)然一般我們見(jiàn)到的都是兩種或者三種方式的熱量傳遞過(guò)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(lái)說(shuō)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(guò)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(wèn)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(kāi) 本文對(duì)庚烷在不同湍流模型和輻射模型下的燃燒行為進(jìn)行了模擬以及對(duì)比。
03 庚烷燃燒模擬結(jié)果
對(duì)于不同湍流模型的速度(m/s)和溫度(℃)模擬結(jié)果如下：
k-ε模型速度場(chǎng)
k-ε模型溫度場(chǎng)
k-ω模型速度場(chǎng)
k-ω模型溫度場(chǎng)
LES模型溫度場(chǎng)
同樣地，不同輻射模型的模擬結(jié)果如下：
P1模型，衰減系數(shù)為常數(shù)0.35m-1
DOM模型，衰減系數(shù)為常數(shù)0.35m-1
DOM模型，衰減系數(shù)為0.05~0.35m-1
由上述圖像可知，對(duì)于不同湍流模型和輻射模型模擬結(jié)果雖有部分不同，但code_saturne的模擬結(jié)果總體上與實(shí)際情況相同，可以較好地對(duì)火災(zāi)進(jìn)行模擬。
04 算例2：酒店房間內(nèi)的火災(zāi)模擬
在之前簡(jiǎn)單立方體模型的基礎(chǔ)上增加了一些家具的布置以模擬真實(shí)的房間環(huán)境，對(duì)酒店房間內(nèi)的空間進(jìn)行了建模以及網(wǎng)格劃分，如上圖所示。其中房間內(nèi)的墻壁，隔板以及天花板等壁面結(jié)構(gòu)都定義了厚度，材料，比熱容和傳熱系數(shù)；床，柜子等其他家具假設(shè)為相同燃燒熱20MJ/kg，以其總質(zhì)量計(jì)算放熱。
05 酒店房間火災(zāi)模擬結(jié)果
房間溫度(K)和空氣速度場(chǎng)(m/s)在不同時(shí)刻的變化如下圖所示：
可以看出，從開(kāi)始燃燒起，室內(nèi)溫度不斷增加，主要集中在點(diǎn)火區(qū)域；同時(shí)空氣流速也不斷增加，流動(dòng)方向從初始燃燒區(qū)域沿天花板一直到走廊區(qū)域，符合實(shí)際情況。
房間內(nèi)CO2在空氣中的質(zhì)量占比(kg/kg)隨時(shí)間的變化如下圖所示：
同樣地，CO2在燃燒區(qū)域的占比隨時(shí)間越來(lái)越大，且主要集中在房間上方。然而上述模擬結(jié)果顯示燃燒產(chǎn)物CO2生成的速度太快，可能是因?yàn)槿肟诳諝饬髁吭O(shè)置不準(zhǔn)確所導(dǎo)致，因此需要進(jìn)一步確定對(duì)流和擴(kuò)散的流量。
展開(kāi) 軟件現(xiàn)推出新版本2022 R1，此版本豐富了電子散熱仿真模型，增加了全新的燃燒模型和熱輻射模型，更新和豐富了軟件后處理及監(jiān)控功能，并優(yōu)化了智能加速、智能預(yù)測(cè)功能。
豐富電子散熱子模型
有效散熱對(duì)于電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性而言至關(guān)重要。隨著電子設(shè)備的小型化趨勢(shì)的持續(xù)增加，設(shè)備內(nèi)流動(dòng)空間被大幅壓縮，從而限制了對(duì)流散熱的范圍。傳統(tǒng)的CFD散熱分析已無(wú)法滿(mǎn)足電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)需求，為了滿(mǎn)足各類(lèi)工程散熱仿真需求，AICFD 2022R1在1.1版本基礎(chǔ)上豐富了電子散熱模型，增加子模型如下:
（1）域內(nèi)風(fēng)扇：用于模擬計(jì)算域內(nèi)風(fēng)扇模型，可選擇某計(jì)算域作為整個(gè)風(fēng)扇模型，用戶(hù)也可以自定義風(fēng)扇模型及其位置。
（2）PCB模型：PCB專(zhuān)用模型，可以設(shè)置PCB相關(guān)的多種參數(shù)：導(dǎo)電層覆蓋率、絕緣層穿孔大小、各層厚度等，通過(guò)計(jì)算PCB各層導(dǎo)熱率的方式簡(jiǎn)化工業(yè)領(lǐng)域真實(shí)的印制電路板，達(dá)到近似模擬電路板傳熱的效果。
（3）
熱管：
作為電子散熱領(lǐng)域重要的散熱元件，具有高效的傳熱屬性，利用相變傳熱原理，達(dá)到快速傳熱的目的，此版本提供了雙熱阻模型。
（4）熱阻、熱沉：通過(guò)指定對(duì)應(yīng)計(jì)算域的熱物理屬性來(lái)定義不同熱導(dǎo)率（包含各向異性）、比熱容的導(dǎo)熱介質(zhì)。
圖1 電池包及筆記本散熱模擬
新增燃燒模型和熱輻射模型
（1）
燃燒模型：
包括層流總包反應(yīng)、渦破碎、渦破碎/有限速率三種燃燒模型，可應(yīng)用于工業(yè)汽輪機(jī)燃燒、鍋爐和熔爐燃燒器、照明彈及焚燒爐等案例場(chǎng)景。
展開(kāi) 這些聲學(xué)系統(tǒng)最常見(jiàn)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(kāi)
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(kāi) 
輻射模型的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
輻射模型的最新內(nèi)容
K-相關(guān)模型的輻射強(qiáng)度也更大，因?yàn)檫@是讓兩種模型間的 TIS 值（= 散射分布的積分）相等所必需的。用峰值振幅比（≈√2）和散射角余弦對(duì) ABg 模型的結(jié)果進(jìn)行縮放，得到與 K-相關(guān)模型完全一致的結(jié)果：
■ 熱輻射模型：火災(zāi)中大量能量通過(guò)輻射傳遞，影響火勢(shì)蔓延。
■ 煙氣傳輸：追蹤一氧化碳、煙塵等有毒有害物質(zhì)的擴(kuò)散路徑。
二、為什么需要“代理模型”？
在實(shí)際工程中，無(wú)論是通用CFD軟件，還是專(zhuān)用火災(zāi)模擬軟件，面對(duì)汽車(chē)運(yùn)輸船這種內(nèi)部空間開(kāi)闊、多層貫通式甲板結(jié)構(gòu)，以及成千上萬(wàn)個(gè)潛在火源點(diǎn)時(shí)，效率都堪憂(yōu)。
以一艘承載7000至8000輛汽車(chē)的運(yùn)輸船為例，每一輛車(chē)都是潛在起火點(diǎn)。
VOF + 能量方程（β）：支持溫度相關(guān)物性，沸騰、傳熱等復(fù)雜問(wèn)題；傳熱與輻射：殼體導(dǎo)熱、滑移網(wǎng)格下 S2S 輻射、環(huán)境輻射模型等
3. 工程實(shí)用性與建模穩(wěn)定性改進(jìn)。新的 LES 壁面函數(shù)、k-ω SST / GEKO 近壁處理，對(duì)網(wǎng)格要求更友好
4. 自動(dòng)化、Web UI 與 PyFluent 生態(tài)持續(xù)強(qiáng)化。
空客聯(lián)合HBK破解“低噪聲航路規(guī)劃”難題2個(gè)月前
此次空客與Hotting Brüel & Kj?r的合作，核心目標(biāo)是打造一套“高精度噪聲預(yù)測(cè)– 低噪聲航路規(guī)劃”一體化解決方案：
建立飛行器起降階段的聲學(xué)輻射精準(zhǔn)模型，覆蓋全飛行姿態(tài)與飛行工況；
通過(guò)模型優(yōu)化起降航路，將噪聲“導(dǎo)向”非人口密集區(qū)域，最小化對(duì)周邊社區(qū)的聲學(xué)影響；
為飛行器的噪聲控制提供可復(fù)用的測(cè)試與規(guī)劃方法論。
ANSYS的熱分析模塊如何選擇使用，太多了，不知道怎么選4個(gè)月前
Fluent 模塊
o 輻射模型可選 DO（離散坐標(biāo)法）、S2S（表面 - 表面）、P1（半透明介質(zhì)），適合火焰、高溫爐等強(qiáng)輻射環(huán)境。
o 流固耦合時(shí)可通過(guò) System Coupling 實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳遞，適合流體主導(dǎo)的傳熱問(wèn)題（如翅片換熱器）。
4.
紅外成像雜散光干擾強(qiáng)？OAS軟件深度解析破局4個(gè)月前
案例設(shè)置與操作
光源配置
采用 8-14μm 中波紅外平行光源，模擬遠(yuǎn)距離目標(biāo)輻射或環(huán)境紅外入射場(chǎng)景；光源半孔徑設(shè)為 15mm，與系統(tǒng)入射光瞳匹配；能量分布采用 300K 黑體輻射模型，貼合常溫環(huán)境背景，確保模擬場(chǎng)景的真實(shí)性。
模型構(gòu)建
創(chuàng)建2片鍺材料紅外平凸透鏡，表面粗糙度 0.02μm。使用初始遮光罩、鋁合金鏡筒，通過(guò)布爾運(yùn)算實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)裝配。
燃燒與傳熱
-涉及算法:
核心算法: 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD) +化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)+輻射傳熱模型。原因：這是一個(gè)典型的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題。需要用CFD計(jì)算流動(dòng)，用詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模擬燃燒過(guò)程，用輻射模型（如DO模型）計(jì)算熱量傳遞。
-計(jì)算特點(diǎn):
計(jì)算密度極高: 這是所有仿真中計(jì)算最密集的領(lǐng)域之一。
使用輻射光源模型
本節(jié)使用了 OpticStudio 中旗艦版的功能。
Radiant Imaging公司使用高線(xiàn)性度、低噪聲的相機(jī)，通過(guò)一系列經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的16位灰度值對(duì)光源進(jìn)行測(cè)量，并將這些數(shù)據(jù)保存在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。該公司的 ProSource 軟件可以使用多種方式展示光源的空間分布和角分布數(shù)據(jù)。這相比之前討論的徑向光源模型更加完整。
FRED應(yīng)用：發(fā)光二極管（LED）11個(gè)月前
角分布圖代表了遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向模型，所以應(yīng)使用小的光線(xiàn)網(wǎng)格（在遠(yuǎn)場(chǎng)中發(fā)射器近似為一個(gè)點(diǎn)光源）。
2、設(shè)置正確的功率和數(shù)字化光譜
按照上述方法1中所述步驟3和步驟4操作。
3、數(shù)字化的角分布作為功率切趾
就像可以為光源分配數(shù)字化光譜一樣，也可以為定向功率切趾分配數(shù)字化角分布來(lái)模擬LED的角度擴(kuò)散。線(xiàn)性和極坐標(biāo)圖都可以被數(shù)字化。圖6示出的一個(gè)極坐標(biāo)切趾圖的數(shù)字化。
通過(guò)合理的輻射模型，可以準(zhǔn)確計(jì)算電弧的輻射能量，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3.模型建立與分析方法
實(shí)際的接觸器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含多個(gè)零部件和細(xì)節(jié)特征。在進(jìn)行仿真分析時(shí)，為了提高計(jì)算效率和簡(jiǎn)化模型，需要對(duì)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。例如，可以忽略一些對(duì)電弧運(yùn)動(dòng)影響較小的零部件，如一些小型的安裝支架、連接件等；對(duì)于一些復(fù)雜的幾何形狀，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕铺幚恚鐚A角、倒角等簡(jiǎn)化為直角或直線(xiàn)。
