Ansys热分析教程ppt课件.ppt

热辐射分析热辐射分析1 1pptppt课件课件. .章节概述章节概述n n辐射特性辐射特性n n辐射理论辐射理论n nANSYS ANSYS 求解方法求解方法 n nANSYS ANSYS 辐射建模方法辐射建模方法 平面效果单元平面效果单元 连接单元连接单元 辐射矩阵功能辐射矩阵功能n n使用辐射矩阵的例子使用辐射矩阵的例子 加热水槽的热分析加热水槽的热分析 隐式求解方法隐式求解方法 非隐式求解方法非隐式求解方法2 2pptppt课件课件. . 基本特性基本特性n n辐射热传递是通过辐射热传递是通过电磁波电磁波传递热能的方法热辐射的传递热能的方法热辐射的电磁波波长为电磁波波长为0.1 0.1 到到 100 100 m mmm覆盖了部分紫外线波覆盖了部分紫外线波谱，肉眼看见波长和所有红外波长谱，肉眼看见波长和所有红外波长n n与其他热传递方式需要介质不一样，辐射在与其他热传递方式需要介质不一样，辐射在真空真空中中( (如外层空间如外层空间) )热传递效率最高热传递效率最高n n对于半透明体对于半透明体( (如玻璃如玻璃), ), 辐射是辐射是体体现象现象因为辐射因为辐射热从体中发散出热从体中发散出。

n n对于不透明体，辐射主要是对于不透明体，辐射主要是平面平面现象现象因为几乎所因为几乎所有内部辐射热都被实体内部吸收了有内部辐射热都被实体内部吸收了3 3pptppt课件课件. .基本特性基本特性 ( (续续) )n nANSYS ANSYS 可以模拟可以模拟不透明体不透明体间的辐射，所以我们间的辐射，所以我们将讨论范围限制在平面辐射现象上将讨论范围限制在平面辐射现象上n n两平面间的辐射热传递与它们平面两平面间的辐射热传递与它们平面绝对绝对温度差的温度差的四次方成正比四次方成正比: :因此，辐射分析是非线性的，需要迭代求解因此，辐射分析是非线性的，需要迭代求解4 4pptppt课件课件. .表面辐射和吸收表面辐射和吸收实际物体的表面实际物体的表面辐射辐射热到其他表面，同时从其他表面热到其他表面，同时从其他表面吸收吸收热当我们做辐射分析时，我们考虑的是辐射和热当我们做辐射分析时，我们考虑的是辐射和吸收之间的平衡后的热传递效果吸收之间的平衡后的热传递效果实际物体的表面能够以不同波长（波谱）与适当的方实际物体的表面能够以不同波长（波谱）与适当的方向（方向分布）进行辐射和吸收热，同时这些特性随向（方向分布）进行辐射和吸收热，同时这些特性随温度将有所不同。

温度将有所不同波长方向分布辐射能5 5pptppt课件课件. .物体的表面可以理想化为散射或反射装置散射装置物体的表面可以理想化为散射或反射装置散射装置会将辐射均匀反射到所有方向，而不管辐射源的方位会将辐射均匀反射到所有方向，而不管辐射源的方位: :反射表面则将辐射按镜象的方式进行反射反射表面则将辐射按镜象的方式进行反射: :散射或反射散射或反射散射表面反射表面6 6pptppt课件课件. .散射或反射散射或反射 ( (续续) )通常情况下，平面可以被理想化为散射或反射面通常情况下，平面可以被理想化为散射或反射面没有实际的表面是真正的散射或反射面比较灰暗没有实际的表面是真正的散射或反射面比较灰暗的表面接近散射面，高度抛光的平面接近反射面的表面接近散射面，高度抛光的平面接近反射面为了简化计算，认为物体表面的辐射发生在所有的为了简化计算，认为物体表面的辐射发生在所有的波长和方向上是完全一样的这就是下面要讨论的波长和方向上是完全一样的这就是下面要讨论的情形因此，在散射和反射表面之间没有差别因此，在散射和反射表面之间没有差别7 7pptppt课件课件. . 吸收和反射吸收和反射 对于承受一定对于承受一定辐射辐射的不透明介质的不透明介质, , G G , , 一部分辐射能会一部分辐射能会从平面从平面反射反射，一部分会被介质，一部分会被介质吸收吸收: : G 辐射Gref 反射的能量Gabs 吸收的能量表面总吸收率, a, 与之吸收偶然辐射的趋势有关。

表面总反射率, r, 与之反射偶然辐射的趋势有关8 8pptppt课件课件. .辐射率和辐射能辐射率和辐射能 同样，表面总辐射率, e, 是平面在所有方向使用所有波长发射热的能力这是一个无量纲数值平面在所有方向用所有波长发射的总能量 (热流单位) 由施蒂芬-波斯曼定律确定:注: 绝对温度用Rankine温度表示 (R)，它比 华氏温度F 偏移 460在 SI 单位制中，绝对温度以Kelvin (K)温度表示 , 它比摄氏温度C偏移273偏移温度可以使用TOFFST 命令指定9 9pptppt课件课件. .辐射率辐射率 总辐射率, J, 是热流单位，表示平面发射和反射的能量总和 (如, 离开平面的总能量):由于ANSYS不直接计算平面反射率， 辐射率和发射率假设为相等 (E=J)G Incident radiationGref EnergyreflectedGe EmissivePowerJRadiosity1010pptppt课件课件. .黑体黑体 是理想化的表面，用来与实际表面进行比较是理想化的表面，用来与实际表面进行比较这里列出了黑体的特性这里列出了黑体的特性: : 黑体吸收所有的偶然辐射黑体吸收所有的偶然辐射 ( (没有反射没有反射), ), 不管波长和方向。

不管波长和方向 黑体为纯粹的发射器对于给定的波长和温度，没有平面比黑体发射更黑体为纯粹的发射器对于给定的波长和温度，没有平面比黑体发射更多的能量多的能量 黑体是纯粹的散射发射器黑体是纯粹的散射发射器; ; 辐射在所有方向均一致辐射在所有方向均一致 因此，对于黑体因此，对于黑体: : a aB B = = e eB B = 1= 1黑体黑体1111pptppt课件课件. .实际平面叫做实际平面叫做 灰体灰体 因为他们不象黑体因为他们不象黑体灰体在温度灰体在温度T T的总发射率如下的总发射率如下: :因此，对于灰体因此，对于灰体, , ( (e 1)e Radiation MatrixMain MenuRadiation Matrixn n选择组成辐射面的所有结点和单元选择组成辐射面的所有结点和单元包括空间结包括空间结点点 ( (如果定义的话如果定义的话) ) 辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型3535pptppt课件课件. .步骤步骤 2: 2: 生成辐射矩阵生成辐射矩阵 ( (续续) )1. 1. 定义辐射面的发射率缺省数值为定义辐射面的发射率缺省数值为。

辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型3636pptppt课件课件. .辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型2. 2. 指定施蒂芬指定施蒂芬- -波斯曼常数，与热波斯曼常数，与热分析中的单位统一分析中的单位统一 ( (缺省为缺省为 0.119e-10 BTU/hr0.119e-10 BTU/hr-in-in - - R R4 4) )3. 3. 指定分析为指定分析为2 2D, 3D D, 3D 轴对称轴对称 或或3D (3D (缺省为缺省为 3D)3D)4. 4. 指定空间结点用于没有被其他指定空间结点用于没有被其他面吸收的辐射能量面吸收的辐射能量3737pptppt课件课件. .5. 5. 指定观察过程使用指定观察过程使用HIDDEN HIDDEN 或或NON-HIDDEN NON-HIDDEN 方法方法 ( (缺省为缺省为HIDDEN)HIDDEN) HIDDEN HIDDEN 方法用于任何辐射面阻拦在其他平面的观察线上时方法用于任何辐射面阻拦在其他平面的观察线上时 NON-HIDDEN NON-HIDDEN 方法用于所有平面都是可以相互观察的情况下。

方法用于所有平面都是可以相互观察的情况下6. 6. 设置设置HIDDEN HIDDEN 方法射线数目方法射线数目增加射线数目将增加形状因子的计算精度增加射线数目将增加形状因子的计算精度 ( (缺省缺省为为20)20) 辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型3838pptppt课件课件. .7. 7. 打开打印键打开打印键 ( (如果需要的话如果需要的话) ) 检查形状参数输出检查形状参数输出8. 8. 将辐射矩阵写到将辐射矩阵写到filename.subfilename.sub 中在热分析过程中用做中在热分析过程中用做MATRIX50 MATRIX50 超单元辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型3939pptppt课件课件. .9. 9. 重新选择热模型中其他所有单重新选择热模型中其他所有单元和结点元和结点10. 10. 辐射矩阵可以作为超单元用在热分析中了辐射矩阵可以作为超单元用在热分析中了辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型4040pptppt课件课件. .步骤步骤 3: 3: 使用辐射矩阵使用辐射矩阵1. 1. 重新进入前处理器。

重新进入前处理器2. 2. 定义新的单元类型定义新的单元类型MATRIX50MATRIX50改变关键选项改变关键选项K1 K1 为辐射子结构为辐射子结构2辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型4141pptppt课件课件. .步骤步骤 3: 3: 使用辐射矩阵使用辐射矩阵 ( (续续) )3. 3. 划分网格时选择超单元作为当划分网格时选择超单元作为当前单元类型前单元类型 ( (定义属性定义属性) )4. 4. 定义超单元，指定文件名为写定义超单元，指定文件名为写出的辐射矩阵单元出的辐射矩阵单元5. 5. 删除或不选辐射面上的覆盖单删除或不选辐射面上的覆盖单元6. 6. 定义与绝对温度的偏移量定义与绝对温度的偏移量7. 7. 进入求解器并在空间结点上定义热边界条件，进入求解器并在空间结点上定义热边界条件，开始计算开始计算辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型4242pptppt课件课件. .辐射建模辐射建模辐射分析方法辐射分析方法辐射通量法：辐射通量法： 辐射作为表面效果应用，使辐射作为表面效果应用，使用用SFxSFx系命令。

系命令 对于任意表面由系数对于任意表面由系数 生成生成 可以在封闭或开放系统中使可以在封闭或开放系统中使用 总是使用总是使用HIDDENHIDDEN方法 可允许与温度有关的辐射率可允许与温度有关的辐射率4343pptppt课件课件. .过程：过程： 定义辐射表面定义辐射表面 指定合适的辐射选项指定合适的辐射选项 指定合适的开放系统指定合适的开放系统 指定温度偏移量和斯波指定温度偏移量和斯波_ _兹曼常数兹曼常数 指定形状系数指定形状系数 定义加载项定义加载项辐射建模辐射建模辐射分析方法辐射分析方法4444pptppt课件课件. .n n定义辐射表面定义辐射表面 SFxSFx命令格式：命令格式：Main_MenuSolutionApply-Thermal-Main_MenuSolutionApply-Thermal-RadiationRadiation 点击要定义的辐射表面和单元、节点点击要定义的辐射表面和单元、节点辐射建模辐射建模使用辐射矩阵单元建立辐射模型使用辐射矩阵单元建立辐射模型4545pptppt课件课件. .指定辐射率和封闭号指定辐射率和封闭号辐射建模辐射建模辐射分析方法辐射分析方法4646pptppt课件课件. .辐射通量法选项辐射通量法选项n nRADOPT,FLUXBELX,FLUXTOL,SOLVER,MAXRADOPT,FLUXBELX,FLUXTOL,SOLVER,MAXITER,TOL。