熱輻射散熱的案例
操作教程 | FLUENT散熱器熱輻射模擬
作者：楠胖
來源：本文為楠流坊原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載
1. 啟動FLUENT并導入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2022→Fluid Dynamics→Fluent 2022命令，啟動Fluent 2022。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導入.msh網(wǎng)格文件。
2. 定義模型
單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板，Solver中Time選擇Steady。勾選Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。
3. 設(shè)置材料
單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對話框。單擊Fluent Database按鈕彈出Fluent Database Materials對話框，選擇water-liquid單擊Copy按鈕確認。
4. 設(shè)置能量方程
在模型設(shè)定面板，激活能量方程。
5. 設(shè)置湍流模型
在模型設(shè)定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Models對話框，勾選Realizable k-epsilon模型。
6. 設(shè)置邊界條件
（1）單擊主菜單中Physics→Zones→Boundaries按鈕啟動的邊界條件面板。
（2）在邊界條件面板中，設(shè)置inlet的參數(shù)如下圖所示。
（3）設(shè)置wall-fluid_domain的參數(shù)如下圖所示。
（4）設(shè)置wall-solid_fin的參數(shù)如下圖所示。
7. 設(shè)置交界面
展開 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(qū)分，對流和傳導需要其它介質(zhì)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(xiàn)象，我們?nèi)绾蚊枋隹臻g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(shè)置介質(zhì)，一個原因是往往是多個物理現(xiàn)象，另一個根本原因是不同介質(zhì)的性質(zhì)不同，參與輻射時的吸收率、散射系數(shù)、折射率都不相同。
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展開 Flotherm輻射散熱設(shè)置
Flotherm輻射參數(shù)設(shè)置解析
Flotherm軟件中的三個參數(shù)為：不對外輻射（Non-Radiating）、整個面只作為一個輻射面（Single Radiating）、將一個面分解成多個子面作為輻射面（Sub-divided Radiating）。
①Single Radiating：是將Part的這個面作為輻射面，面上溫度參數(shù)取的是該面上溫度的平均值，當你的Part表面較小或者面上溫度梯度較小時，可以采用這種，否則取整個大面的溫度平均來作為輻射溫度，輻射計算就會比較粗糙,誤差相對較大。
②Sub-divided Radiating：則是將Part表面分解成若干個小面，每個小面作為一個輻射面，面上參考溫度取的是該小面上的平均溫度，小面的尺寸越小，輻射面上的參考溫度就越準確，輻射分析就越精確，同樣占用資源也越多。
③Subdivided Surface Tolerance ：只有在選擇了Sub-divided Radiating才會被激活，該值用來作為上述輻射小面的一個邊長，目的是為了保證輻射小面始終不會小于所劃分的網(wǎng)格，這樣輻射溫度可以取這個網(wǎng)格內(nèi)的溫度或者是這幾個網(wǎng)格內(nèi)溫度的平均值）。
④Minimum Area Considered ：定義作為輻射面的最小值，這個值不能太大，否則，如果你的Part的表面面積小于這個值的話，該面將自動以Non-Radiating處理。
PS.
如果你選擇的是Single Radiating的話，只需要設(shè)置一個比你Part任何面面積都小的值給Minimum Area Considered 就行，軟件計算輻射時會很快。
展開 abaqus輻射熱分析（面與面之間的輻射） ￥20
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abaqus輻射熱分析，面與面之間的輻射。
水壺的傳熱分析（熱傳導+熱對流+熱輻射） ￥5
分享一個通過ABAQUS做的水壺的傳熱分析，包含熱傳遞的三種方式：熱傳導+熱對流+熱輻射。
方法教程來自于外網(wǎng)，附件是自己根據(jù)教程練習時建的cae模型，供參考。
熱傳導是熱能從高溫向低溫部分轉(zhuǎn)移的過程；熱對流是熱量通過流動介質(zhì)傳遞的過程；熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。
【材料】鋼/陶瓷
【網(wǎng)格】DC3D10
【接觸】
茶壺和蓋子之間的傳導
2.對流
3.熱輻射
【設(shè)置絕對零度+Stefan-Boltzmann常數(shù)】
【邊界條件】
【預定義溫度場】
【后處理】
展開 ABAQUS培訓案例之熱分析-熱輻射
圖1模型示意圖
今天給大家分享的是熱輻射分析。如圖1所示，模型由2個part組成，一個是fin，其周期對稱性在設(shè)置輻射換熱時可以設(shè)置，另一個代表周邊環(huán)境的ambient。模型先進行了穩(wěn)態(tài)分析，然后建立2個瞬態(tài)分析步，實現(xiàn)環(huán)境溫度為800時對fin加熱的過程，和環(huán)境溫度38時fin部件的冷卻過程。當然除了ambient和fin的輻射換熱，ambient和fin也分別建立了Surface film condition換熱。下面詳解每個步驟的設(shè)置。
目標：輻射換熱與對流換熱設(shè)置，cavity radiation應用。
材料：材料參數(shù)定義了Density為7800，Conductivity和SpecificHeat分別為50和500（SI單位制）。
分析步設(shè)置：本案例設(shè)置了三個分析步，step-1為熱穩(wěn)態(tài)分析步，step-2和step-3為瞬態(tài)分析步，如下圖所示。歷史輸出設(shè)置output三個節(jié)點的溫度輸出。
圖2 分析步設(shè)置
相互作用設(shè)置：定義了三個換熱條件，設(shè)置bot面換熱系數(shù)Surfacefilm condition為2500，熱沉溫度100，srfs面換熱系數(shù)Surface film condition為10，step-1熱沉溫度38，step-2時為800，step-3時改為38。設(shè)置srfs和samb之間的輻射換熱Cavity radiation，發(fā)射系數(shù)為0.8和1，并設(shè)置Symmetry對稱，如下圖所示。
圖3 換熱設(shè)置
邊界條件：設(shè)置所有區(qū)域初始溫度為77，ambient的溫度step-1時38，step-2時為800（加熱過程），step-3時改為38（冷卻過程）。
展開 熱力學告訴你，羽絨服不保暖了怎么救？
熱量傳遞有三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。
而只要你不光膀子，通過熱對流和熱輻射散熱的占比很低，所以衣服保暖與否主要看熱傳導。衡量熱傳導的關(guān)鍵參數(shù)叫導熱系數(shù)，越大，傳熱本領(lǐng)越強。炒菜的鐵鍋，把兒通常是木的，因為木材導熱系數(shù)只有鐵的1/400。
所以衣服要想保暖，它的導熱系數(shù)就要小。那么平常我們能接觸到的物質(zhì)，誰的導熱系數(shù)最小呢？沒錯，就是眼前唾手可得的空氣，空氣導熱系數(shù)甚至還不到木材的五分之一。
棉服、羽絨服保暖，就是因為蓬松的材質(zhì)能儲存大量的靜止空氣，就像一層多孔介質(zhì)，在人體和外界之間形成一堵超級保溫的空氣墻。而衣服穿久了，尤其是洗過后，就沒那么蓬松了，能儲存的空氣少了，保暖效果自然就不好了。
用AICFD軟件做個仿真，建個簡化的人體模型，環(huán)境取0℃，給它穿上一件羽絨服。
材質(zhì)是多孔介質(zhì)，算出人體散熱功率是128W。然后壓縮羽絨服，衣服內(nèi)固體材料量不變，僅僅壓縮掉縫隙里的一些空氣，讓厚度變?yōu)樵瓉淼囊话耄俅斡嬎悖梭w散熱功率就增大到了144W，相當于羽絨服保暖性下降了13%。
所以鎖住更多的空氣，是保暖的關(guān)鍵，這也是為什么羽絨服比棉服保暖更好些，因為羽絨孔隙比棉質(zhì)更大。
而羽絨服里，鵝絨比鴨絨保暖好，同樣是因為鵝絨絨朵更大，孔隙間能儲存的空氣更多。還有通常評價羽絨服的幾個指標充絨量、含絨量、蓬松度，實際都暗含了能儲存多少空氣。
那懂了，只要讓衣服更蓬松，加大空氣儲存量，就可以救回我心愛的小棉襖了，治病救衣！敲一敲，變蓬松，救回我心愛的小棉襖剛過了立冬，祝大家衣服里空氣多多，都能度過一個溫暖的寒冬！本期就到這啦，下期見，拜拜。
展開 一種間歇放熱相變材料，可用于地板輻射采暖系統(tǒng)的熱管理
圖4是將水合鹽凝膠應用于地板輻射采暖系統(tǒng)中，實現(xiàn)了四種間歇放熱。結(jié)果表明，水合鹽凝膠在地板輻射采暖系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。
圖 4 a)地板輻射采暖系統(tǒng)試驗模型。b)地板下輻射采暖系統(tǒng)配置：1)裝飾層(木地板)；
2）相變材料管道（水合鹽凝膠的三條平行管道），3）硅橡膠加熱片，4）保溫層（玻璃纖維保溫板），5)混凝土板。地板輻射采暖系統(tǒng)中3條并聯(lián)相變材料管線可實現(xiàn)4種不同的間歇放熱順序：一次放出全部熱量（c1）；連續(xù)放出間歇熱（間歇熱放出三次）（d1）；間歇放熱兩次(e1, f1)。不同顏色的管道代表不同的放熱時間，放熱過程的順序由顏色表示（顏色較淺表示在顏色較深之前放熱）。間歇性放熱是通過用浸水剪刀切割黑色部分（稱為閥門）來實現(xiàn)的。c2, d2, e2, f2)四個序列對應的模型溫度曲線。
END
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展開 盒式自然散熱產(chǎn)品散熱設(shè)計和熱仿真方法 ￥29.9
對于室內(nèi)封閉的盒式自然散熱產(chǎn)品，熱量終歸要全部通過外殼散失到空氣中去。目前絕大多數(shù)電子產(chǎn)品，仍然采用自然散熱設(shè)計。本文檔以一個盒式設(shè)備為例，從需求分析，到中間各環(huán)節(jié)的散熱方案改進做了詳細闡述，并列示了這類產(chǎn)品熱仿真設(shè)置關(guān)鍵注意事項。
文檔還論述了一種新型散熱方案的巨大優(yōu)勢。
AI賦能電子散熱設(shè)計，迅速識別熱風險，實現(xiàn)散熱設(shè)計優(yōu)化（內(nèi)含干貨直播）
</strong></p><h3><strong>直播內(nèi)容簡介</strong></h3><p>●<strong>直播時間：</strong>9月25日 19:30</p><p>●<strong>講師介紹：</strong>劉霽鑫</p><p> Cadence熱仿真工具資深技術(shù)支持工程師，負責Cadence Celsius仿真工具的推廣與技術(shù)支持，為消費電子、通訊電子、汽車電子等領(lǐng)域的客戶提供從芯片級、封裝級、板級到系統(tǒng)級全尺度的熱解決方案，在散熱設(shè)計領(lǐng)域有多年行業(yè)經(jīng)驗與技術(shù)積累。</p><p>●<strong>直播內(nèi)容：</strong></p><p> Cadence Celsius Studio提供完整的用于電子系統(tǒng)的AI散熱設(shè)計和分析解決方案，可用于PCB及產(chǎn)品系統(tǒng)的電子散熱設(shè)計、芯片封裝的熱與熱應力分析。</p><p> 本次直播主要介紹Celsius Studio的相關(guān)功能模塊，及其典型應用場景，包括多物理場分析能力，多尺度分析方法，與其他工具集成實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)分析，以及AI賦能仿真優(yōu)化。</p><p> 針對當前的熱設(shè)計挑戰(zhàn)，Celsius 還可以協(xié)助設(shè)計人員迅速識別熱風險，實現(xiàn)散熱設(shè)計優(yōu)化。
展開 實心球熱輻射分析
1.問題描述
一個直徑為1m、初始溫度為2000K的金屬實心球體在300K的環(huán)境中（假設(shè)沒有對流換熱）熱輻射降溫的過程。考慮到球的對稱性，可將其簡化為軸對稱模型進行分析，也可采用實體模型進行分析。本文中采用實體模型進行熱輻射分析。
2.有限元解
2.1.絕對零度和斯蒂芬~玻爾茲曼常數(shù)設(shè)置
絕對零度設(shè)為0；斯蒂芬~玻爾茲曼常數(shù)設(shè)為5.67E-8W/(m2·K4)。
2.2.材料定義
該分析中采用國際單位制，各材料參數(shù)如下：密度7850kg/m3；導熱系數(shù)60.64W/(m·K)；比熱容460J/(kg·K)。
2.3.分析步設(shè)置
定義瞬態(tài)傳熱分析步，分析步時間為36000s。初始增量步設(shè)為0.1，最小增量步設(shè)為0.001，最大增量步設(shè)為100，最大增量步數(shù)設(shè)為1000。每個增量步所允許的溫度的最大變化設(shè)為50。
2.4.輻射率及環(huán)境溫度設(shè)置
輻射率設(shè)為1，環(huán)境溫度設(shè)為300K。
2.5.實心球初始溫度場設(shè)置
設(shè)置實心球體的初始溫度場為2000K。
2.6.網(wǎng)格劃分
低階熱傳導單元（DC3D8）。
2.7.溫度分布仿真結(jié)果
實心球球心溫度為501.8K，實心球表面溫度為489.8K。
來源：DeepFEA
展開 
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(wěn)態(tài)/瞬態(tài)耦合場、穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熱等，其工程圖如圖 1所示。各個模塊的輻射傳熱設(shè)置非常相近，接下來以穩(wěn)態(tài)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(xiàn)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(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項目樹下添加“radiation”分支。
在設(shè)置框中選定對應的輻射面。
在Correlation選項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，不會產(chǎn)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(huán)境中，該選項需要計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(nèi)進行計算，序號不同的部分則不會有輻射關(guān)聯(lián)。此處輻射空間序號的設(shè)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(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。
展開 ansys輻射熱傳遞綜合實例
輻射熱傳遞綜合實例 ，并附有表面效應單元的使用 ，PPT+命令流（帶注釋）
輻射熱傳遞.part1.rar
輻射熱傳遞.part2.rar
ANSYS workbench圓環(huán)輻射熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習圓環(huán)的三維模型處理
2、學習圓環(huán)輻射熱分析步的建立
3、學習圓環(huán)輻射熱分析的載荷施加
4、學習圓環(huán)輻射熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 圓環(huán)輻射熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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【AICFD案例操作】冷熱板輻射仿真分析
圖5-2 結(jié)果更新
3）可視化結(jié)果
① 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數(shù)溫度，設(shè)置等級參數(shù)256，點擊應用，讀取冷熱板區(qū)域溫度云圖。
圖5-3 溫度云圖
② 輻射云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數(shù)輻射強度，設(shè)置等級參數(shù)256，點擊應用，讀取冷熱板區(qū)域輻射強度云圖。
圖5-4 輻射云圖
