什么是熱輻射

輻射是一種通過電磁波傳遞能量的方式。電磁波以光速傳播且無需任何介質(zhì)。熱輻射僅為電磁波譜中的一小段。因?yàn)橛捎跓彷椛湟�起的熱流與物體表面絕對(duì)溫度的四次方成正比，因此熱輻射分析是高度非線性的。

分析熱輻射問題

ANSYS提供了三 種方法分析熱輻射問題：

用LINK31，輻射線單元，分析兩個(gè)點(diǎn)或多對(duì)點(diǎn)之間的熱輻射；

用表面效應(yīng)單元SURF19或SURF22，分析點(diǎn)對(duì)面的熱輻射；

用AUX12，熱輻射矩陣生成器，分析面與面之間的熱輻射

以上三種方法既可用于穩(wěn)態(tài)熱分析，也可用于瞬態(tài)熱分析。

熱輻射分析要注意溫度的單位制，因?yàn)橛?jì)算熱輻射使用的溫度單位是絕對(duì)溫度。如果在加載時(shí)使用的是華氏溫度，就要設(shè)置460的差值；如果為攝氏溫度，差值為273。

Command:TOFFST

GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis Options

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options

使用LINK31—輻射線單元

LINK31是一個(gè)兩節(jié)點(diǎn)非線性線單元，用于計(jì)算由輻射引起的兩點(diǎn)之間的熱傳遞。此單元要求輸入如下的實(shí)常數(shù)：

有效的熱輻射面積；

形狀系數(shù)

輻射率

Stefan-Boltzmann 常數(shù)

使用表面效應(yīng)單元

表面效應(yīng)單元可以方便地分析點(diǎn)與面之間的輻射傳熱。SURF19用于兩維模型，SURF22用于三維模型。單元應(yīng)設(shè)置為包含輻射KEYOPT(9)。

五、使用AUX12—輻射矩陣生成器

此方法用于計(jì)算多個(gè)輻射面之間的輻射傳熱。這種方法生成輻射面之間形狀系數(shù)矩陣，并將此矩陣作為超單元用于熱分析。

AUX12方法由三個(gè)步驟組成：

定義輻射面

生成輻射矩陣

在熱分析中使用輻射矩陣

1、定義輻射面

(1)、PREP7中建模、劃分網(wǎng)格。輻射面往往是3D模型中的面或2D模型中的邊，如下圖所示：

(2)、在輻射表面用SHELL57（3D）或LINK32（2D）劃分網(wǎng)格。最好的方法是先選擇輻射表面的節(jié)點(diǎn)，然后用如下方法創(chuàng)建SHELL57或LINK32單元：

Command: ESURF

GUI: Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>On Free Surf

注意：輻射面上的SHELL57或LINK32單元與節(jié)點(diǎn)必須與實(shí)體單元相吻合，否則計(jì)算的結(jié)果是不正確的。

生成的SHELL57或LINK32單元的取向也很重要。AUX12假定輻射的方向是SHELL57的+Z向或LINK32的+Y向。因此在生成SHELL57或LJNK32單元時(shí)要注意節(jié)點(diǎn)的排列順序。如圖所示：

（3）、如果所分析的系統(tǒng)是開放的，即一個(gè)面所輻射的熱能未被模型中其它的面吸收，則必須定義一個(gè)空間節(jié)點(diǎn)，用于吸收損失的輻射熱量。這個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置是任意的。對(duì)于封閉的系統(tǒng)，不應(yīng)定義空間節(jié)點(diǎn)。

2、生成輻射矩陣

（1）、進(jìn)入AUX12：

Command: /AUX12

GUI: Main Menu>Radiation Matrix

（2）、選擇組成輻射面的節(jié)點(diǎn)和單元。比較方便的方法是根據(jù)單元類型選擇單元，并選擇單元上的節(jié)點(diǎn)。有關(guān)選擇目標(biāo)的技巧，請(qǐng)參閱《ANSYS Basic Analysis Guide》

（3）、確定模型是3D還是2D：

Command: GEOM

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Other Setting

AUX12用不同的算法計(jì)算2D或3D模型的形狀系數(shù)。AUX12默認(rèn)為3D。2D分為純平面或軸對(duì)稱，默認(rèn)為純平面。

（4）定義每個(gè)輻射面的輻射率（默認(rèn)為1）：

Command: EMIS

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Emissivities

（5）、定義Stefan-Boltzmann常數(shù)（默認(rèn)為英制單位0.199E-10Btu/hr-in2-R4）

Command: STEF

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings

（6）、確定用什么方式計(jì)算形狀系數(shù)：

Command: VTYPE

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Write Matrix

選擇是隱藏還是非隱藏方法：

非隱藏方法計(jì)算每兩個(gè)單元之間的形狀系數(shù)，無論它們之間有無障礙；

隱藏方法（默認(rèn)）用一種隱藏線算法判斷兩輻射面之間是否“可見”，如果可見則計(jì)算形狀系數(shù)。

（7）如為開放系統(tǒng)，定義空間節(jié)點(diǎn)：

Command: SPACE

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings

（8）計(jì)算輻射矩陣并寫入jobename.sub文件：

Command: WRITE

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Write Matrix

如果要打印此矩陣，在執(zhí)行上述命令之前輸入MPRINT，1。

（9）選擇所有的節(jié)點(diǎn)和單元

3、在熱分析中使用輻射矩陣

（1）、重新進(jìn)入PREP7，定義一個(gè)新的單元類型MATRIX50（超單元）；

（2）、將單元類型指向超單元：

Command: TYPE

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>Elem Attributes

（3）、讀入超單元矩陣：

Command: SE

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>－Superelements-From .SUB File

（4）、不選擇或刪除用于生成輻射矩陣的SHELL57或LINK32單元：

Command: EDELE

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Delete>Elements

（5）、進(jìn)入/SOLUTION施加其它熱載荷并求解。