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在模擬輻射傳熱時(shí)，我們需要考慮輻射是如何從一個(gè)表面發(fā)出并被其他表面吸收的，以及表面與表面之間交換了多少輻射。在輻射傳熱建模系列文章的前兩篇中，我們已經(jīng)討論了發(fā)射、反射和透射建模，今天我們將通過(guò)介紹角系數(shù)的概念，以及計(jì)算表面與表面之間輻射傳熱的各種方法，來(lái)完成輻射傳熱建模基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。快速了解角系數(shù)考慮兩個(gè)薄且扁平的物體，如下圖所示。

主要分為兩類(lèi)：? CFD流體類(lèi)（CFX、Fluent、Icepak），? 熱路傳導(dǎo)類(lèi)（Steady thermal、Thermal-Electric） 區(qū)別就是CFD類(lèi)會(huì)自動(dòng)計(jì)算發(fā)熱物體表面的對(duì)流換熱系數(shù)和輻射損耗，而Thermal 類(lèi)只能手動(dòng)輸入對(duì)流換熱系數(shù)。

三、模型邊界設(shè)置1、 木箱外表面、底面、目前內(nèi)裸露在空氣中的面設(shè)置為對(duì)流傳熱邊界，向外界環(huán)境散熱（convention wall），外表面與空氣接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)20，底面與大地接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100；2、 聚氨酯上表面溫度較高且與空氣直接接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100；3、 聚氨酯與木箱接觸的壁面設(shè)置為耦合面；4、 環(huán)境溫度設(shè)定為20℃。

如果打開(kāi)，表示輸出選中的每個(gè)wall單獨(dú)的阻力系數(shù)，當(dāng)此選項(xiàng)關(guān)閉（默認(rèn)）時(shí)，Fluent計(jì)算并監(jiān)控所有選定墻壁區(qū)域組合在一起的總阻力。

然而，在實(shí)際情況中，數(shù)量級(jí)可以高達(dá)10^3(2) 熱相變模型Thermal Phase Change Model采用歐拉多相流模型和雙阻力法計(jì)算相換熱系數(shù)可以使用熱相變模型 在某些特殊情況下，采用整體體積換熱系數(shù)不足以準(zhǔn)確地模擬界面換熱過(guò)程。更一般的方法是考慮在相界面兩側(cè)具有不同傳熱系數(shù)的傳熱過(guò)程，稱(chēng)為雙阻力模型。

CFD 傳熱分析ANSYS Fluent 容錯(cuò)網(wǎng)格劃分（vi） 使用 ANSYS Fluent 容錯(cuò)網(wǎng)格劃分通過(guò)板式換熱器進(jìn)行 CFD 傳熱分析（vii） 使用 ANSYS Fluent 容錯(cuò)網(wǎng)格劃分通過(guò)表面冷凝器進(jìn)行 CFD 傳熱分析（viii） 使用 ANSYS Fluent 容錯(cuò)網(wǎng)格劃分通過(guò)特殊類(lèi)型換熱器進(jìn)行 CFD 流體混合（ix） 使用 ANSYS Fluent 容錯(cuò)網(wǎng)格劃分通過(guò)排氣歧管進(jìn)行

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(shù)下添加“radiation”分支。在設(shè)置框中選定對(duì)應(yīng)的輻射面。

共軛傳熱Conjugate heat transfer 固體傳熱以傳導(dǎo)為主，流體傳熱則以對(duì)流為主，共軛傳熱綜合了固體傳熱和流體傳熱，同時(shí)包含固體和流體的一種耦合換熱現(xiàn)象。共軛傳熱在計(jì)算的時(shí)候，需準(zhǔn)確計(jì)算材料之間通過(guò)的介質(zhì)或接觸的熱傳遞。

三、邊界設(shè)置 1、 煤/封閉墻外表面（裸露在空氣中）和底面設(shè)置為對(duì)流傳熱邊界，向外界環(huán)境散熱（convention wall），封閉墻外表面與空氣接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)20，底面與大地接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100； 2、 聚氨酯外表面溫度較高且與空氣直接接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100，底面與大地接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100； 3、 聚氨酯與煤/封閉墻的接觸面設(shè)置為傳熱耦合面； 4、 環(huán)境溫度設(shè)定為

Fluent計(jì)算溫升 我們使用ANSYS Fluent進(jìn)行流體溫升分析，該方法的好處是可以自動(dòng)計(jì)算空氣或者冷卻水的對(duì)流換熱系數(shù)，以計(jì)算變壓器的溫升。可以模擬變壓器內(nèi)部的流體流動(dòng)和熱量傳遞過(guò)程。Fluent支持多種物理模型，包括傳熱、流動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)等，可以全面分析變壓器內(nèi)部的熱傳遞過(guò)程。通過(guò)Fluent，我們可以得到變壓器內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布和流場(chǎng)分布。

而對(duì)于液體來(lái)說(shuō)，其為三層樣品，若其中兩層為已知層（熱擴(kuò)散系數(shù)已知） ，另一層為未知層（熱擴(kuò)散系數(shù)未知，可為上、中、下三層中的任意一層），在三層的其他參數(shù)（厚度、密度、比熱）均為已知的情況下，使用LFA進(jìn)行三層模式測(cè)試，可以計(jì)算得到未知層的熱擴(kuò)散系數(shù)。

為了正確計(jì)算表面與表面之間的輻射熱傳遞，使用傳熱模塊 計(jì)算角系數(shù) 也很重要。 今天我們介紹了幾種模擬對(duì)流的方法。首先，介紹了使用恒定對(duì)流傳熱系數(shù)的最簡(jiǎn)單方法。然后，討論了使用經(jīng)驗(yàn)對(duì)流相關(guān)邊界條件，以及如何使用域和等溫域特征內(nèi)的有效熱導(dǎo)率，這個(gè)方法的計(jì)算精度更高但計(jì)算成本較高。 計(jì)算成本最高的方法是什么？顯然是最通用的直接計(jì)算流場(chǎng)。

圖2.6 耦合傳熱面建立 2.3仿真模型設(shè)置 將處理好的前處理模型導(dǎo)入FLUENT進(jìn)行數(shù)值仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置，采用基于壓力求解（Pressure-Based）算法，該方法既適用于可壓縮流體，也適用于不可壓縮流體的計(jì)算。采用瞬態(tài)/非穩(wěn)態(tài)（Transient）計(jì)算方法，設(shè)定大氣溫度為20攝氏度，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行模擬。 選擇計(jì)算模型時(shí)，需要打開(kāi)能量方程，進(jìn)行耦合傳熱計(jì)算。

</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">對(duì)于導(dǎo)溫系數(shù)高的材質(zhì)表面，人體觸碰局部熱源表面將熱量帶走后，熱源其它未被觸碰的位置能夠迅速將熱量補(bǔ)給過(guò)來(lái)，使得被觸碰區(qū)域的溫度不怎么降低，人體燙感就較強(qiáng)。

共軛傳熱為了獲得真實(shí)和準(zhǔn)確的傳熱預(yù)測(cè)，在能量方程中考慮了幾何體的不同固體部分，并分解了熱傳導(dǎo)方程。固體的熱性能由它們的導(dǎo)熱系數(shù)表征。在固液界面，熱通量基于固體和流體之間的溫度梯度隱式應(yīng)用。表面對(duì)表面輻射發(fā)動(dòng)機(jī)表面、排氣管和其他框架之間的輻射能交換幾乎不受氣流影響，因此選擇表面對(duì)表面 (S2S) 輻射模型來(lái)模擬冷熱部件之間的輻射熱交換.

值得一提的是，在這種情況下，只有在晶圓上方的小內(nèi)角附近存在表面對(duì)表面輻射;其他地方對(duì)環(huán)境的角系數(shù)都是統(tǒng)一的。如果我們想稍微簡(jiǎn)化一下，可以不使用表面對(duì)表面輻射 接口，而是在固體傳熱 接口中使用表面到環(huán)境輻射 邊界條件。計(jì)算時(shí)間和結(jié)果的差異可以忽略不計(jì)，因此這里我們使用更準(zhǔn)確的方法，即使用表面對(duì)表面輻射 接口計(jì)算角系數(shù)。 我們還需要特別注意這個(gè)裝置的網(wǎng)格劃分。

在數(shù)學(xué)上，熱通量方程可以表示為： q 是熱通量 Q是傳熱速率 A是表面的橫截面面積 T 是溫度梯度 K是傳熱系數(shù) 對(duì)流和輻射傳熱的熱通量方程 傳導(dǎo)傳熱的熱通量方程可用于對(duì)流，前提是使用對(duì)流傳熱系數(shù)代替常數(shù) K。要確定輻射傳熱中的熱通量，該方程由 Stefan-Boltzmann 定律給出。

關(guān)鍵詞： CFD 換熱器 效能-傳熱單元數(shù)法 縮略詞解釋 CFD： HTC： &epsilon;-NTU： UDF： SEM: 計(jì)算流體力學(xué) 傳熱系數(shù) 效能-傳熱單元數(shù) 用戶(hù)自定義程序 simple-effectiveness-model 一.

使用 Ansys 縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間工程師在廣泛的行業(yè)中使用 Ansys CFD 軟件來(lái)模擬復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的流體流動(dòng)和傳熱。從概念設(shè)計(jì)和優(yōu)化到最后階段的測(cè)試，Ansys CFD 解決方案提供簡(jiǎn)化的工作流程、先進(jìn)的物理建模功能和準(zhǔn)確的結(jié)果，這些都是值得信賴(lài)的設(shè)計(jì)決策。了解有關(guān)Ansys Fluent的更多信息，這款行業(yè)領(lǐng)先的流體仿真軟件以其先進(jìn)的物理建模功能和準(zhǔn)確性而聞名。