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《ansys熱分析指南——ansys熱輻射分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、ANSYS熱分析指南(第六章)第六章熱輻射分析6.1熱輻射的定義熱輻射是一種通過(guò)電磁波傳遞熱能的方式。電磁波以光的速度進(jìn)行傳遞，而能量傳遞與輻射物體之間的介質(zhì)無(wú)關(guān)。熱輻射只在電磁波的頻譜中占小部分的帶寬。由于輻射產(chǎn)生的熱流與物體表面的絕對(duì)溫度的四次方成正比，因此熱輻射有限元分析是高度非線性的。物體表面的輻射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物體表面的絕對(duì)溫度；—Stefan-Boltzmann常數(shù)，英制為0.119×10-10BTU/hr-in-R，公制為5.67×10-86.2基本概念下面是對(duì)輻射分析中用到的一些術(shù)語(yǔ)的定義：黑
2、體黑體被定義為在任意溫度下，吸收并發(fā)射最大的輻射能的物體；通常的物體為“灰體”，即ε<1；在某些情況下，輻射率（黑度）隨溫度變化；輻射率（黑度）物體表面的輻射率（黑度）定義為物體表面輻射的熱量與黑體在同一表面輻射熱量之比。式中：－輻射率（黑度）－物體表面輻射熱量－黑體在同一表面輻射熱量形狀系數(shù)形狀系數(shù)用于計(jì)算兩個(gè)面之間的輻射熱交換，在ANSYS中，可以用隱藏/非隱藏的方法計(jì)算2維和三維問題，或者用半立方的方法來(lái)計(jì)算3維問題。表面I與表面J之間的形狀系數(shù)為：形狀系數(shù)是關(guān)于表面面積、面的取向及面間距離的函數(shù)；由于能量守恒，所以：根據(jù)相互原理：由輻射
3、矩陣計(jì)算的形狀系數(shù)為：式中：－單元法向與單元I,J連線的角度－單元I,J重心的距離有限單元模型的表面被處理為單元面積dAI及dAJ，然后進(jìn)行數(shù)字積分。輻射對(duì)在輻射問題中，輻射對(duì)由一些相互之間存在輻射的面組成，可以是開放的或是閉合的。在ANSYS中，可以定義多個(gè)輻射對(duì)，它們相互之間也可以存在輻射ANSYS使用輻射對(duì)來(lái)計(jì)算一個(gè)輻射對(duì)中各面間的形狀系數(shù)；每一個(gè)開放的輻射對(duì)都可以定義自己的環(huán)境溫度，或是向周圍環(huán)境輻射的空間節(jié)點(diǎn)。Radiosity求解器當(dāng)所有面上的溫度已知時(shí)，Radiosity求解器方法通過(guò)計(jì)算每一個(gè)面上的輻射熱流來(lái)得到輻射體之間的熱交
4、換。而面上的熱流為接下來(lái)的熱傳導(dǎo)分析提供了有限元模型的邊界條件。重復(fù)上面的過(guò)程，就會(huì)由于新的時(shí)間步或者新的迭代循環(huán)會(huì)得到新的熱流邊界條件，從而計(jì)算出新的溫度分布。在計(jì)算中使用的每個(gè)表面的溫度必須是均勻的，這樣才能滿足輻射模型的條件。6.3分析熱輻射問題針對(duì)不同的情況ANSYS為熱輻射分析提供了四種方法。熱輻射線單元（LINK31），模擬兩節(jié)點(diǎn)間（或多對(duì)節(jié)點(diǎn)）間輻射；表面效應(yīng)單元（SURF151及SURF152），模擬點(diǎn)對(duì)面（線）的輻射；利用AUX12生成輻射矩陣，模擬更一般的面與面（或線與線）的輻射(只有ANSYS/MultiphysicsAN
5、SYS/Mechanical和ANSYS/Professional這些產(chǎn)品提供輻射矩陣生成器)；Radiosity求解器方法，求解二維、三維面與面之間的熱輻射，該方法對(duì)所有含溫度自由度的二維和三維單元都適用。(只有ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Professio-nal這些產(chǎn)品提供Radiosity求解器)可以將上面四種輻射方法中的任何一種用于穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析中。輻射是一種非線性現(xiàn)象，因此需要進(jìn)行平衡迭代來(lái)得到收斂解。6.4節(jié)點(diǎn)間的熱輻射非線性線單元LINK31用于計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)間或多對(duì)節(jié)點(diǎn)間的
6、簡(jiǎn)單輻射熱傳遞，節(jié)點(diǎn)的位置是任意的，可作為其它單元的節(jié)點(diǎn)。LINK31需要定義如下數(shù)據(jù)：材料屬性：EMIS輻射率（可以隨溫度變化）實(shí)常數(shù)：AREA（Ai）（有效輻射面積）FORMF（Fij）（形狀系數(shù)）SBCONST（Stefan-Boltzman常數(shù)）有關(guān)LINK31的使用實(shí)例，請(qǐng)參考《ANSYS校驗(yàn)手冊(cè)》：VM106RadiantenergyemissionVM107Thermocoupleradiation6.5點(diǎn)與面間的熱輻射應(yīng)用表面效應(yīng)單元可以方便地計(jì)算點(diǎn)與面間的輻射，包括2D的SURF151及3D的SURF152單元：首先在實(shí)體單元
7、的輻射表面覆蓋一層表面效應(yīng)單元；單元關(guān)鍵選項(xiàng)KEYOPT(9)激活這些單元的熱輻射分析功能；如果設(shè)置KEYOPT(9)＝1（缺省值），則可在單元實(shí)常數(shù)中定義形狀系數(shù)；如果設(shè)置KEYOPT(9)＝2或3，則程序基于單元表面的法向與附加節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系、考慮余弦效應(yīng)，計(jì)算形狀系數(shù)。使用表面單元進(jìn)行熱輻射分析的實(shí)例，請(qǐng)參考《ANSYS校驗(yàn)手冊(cè)》：VM192Coolingofabilletbyradiation6.6AUX12―輻射矩陣生成器只有ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/Thermal等產(chǎn)品提供A
8、UX12，用于計(jì)算多個(gè)輻射面之間的輻射熱傳遞。AUX12生成輻射面間的形狀系數(shù)矩陣，并將此矩陣作為超單元用于熱分析。分析模型可包含隱藏面或部分隱藏面，
