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1、ANSYS 热分析指南（第六章）第六章 热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。电磁波以光的速度进行传递，而 能量传递与辐射物体之间的介质无关。热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的 带宽。由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐 射有限元分析是高度非线性的。物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：物体表面的绝对温度；一Stefan-Boltzmann 常数，英制为 O.119XlO-ioBTU/hr-in-R,公制为 5.67X10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发
2、射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即PreprocessorCreateElementsSurf EffectExtra NodeMain MenuPreprocessorCreateElementsSurf EffectNo extra Node在执行上述命令之前，要确定首先激活了相应的单元类型及材料属性，如果 不同辐射面的辐射率不同，建议用材料编号来区分这些面。还要注意SHELL57 或LINK32的节点一定要与相应实体单元对应节点编号重合。否则计算结果将是 错误的。所覆盖的SHELL57或LINK32单元的方向是非常重要的。AUX12假设辐射方 向是SHELL57单元坐标系的正
3、Z向或LINK32单元坐标系的正Y向，因此必须正 确地划分覆盖层的网格以使辐射面相对。单元的方向是由节点的排列顺序决定 的，如下图所示：Vi-ewing PlotCtrlsSymbols, 将 ESYS Element Coordinate 设 置为ON。定义一个空间节点，用于吸收没有被模型中其它辐射面吸收的辐射能量。这 个节点的位置是任意的，对于一个开放系统通常需要空间节点，而对于封闭系 统则不得设置空间节点6.6.2生成辐射矩阵计算辐射矩阵可按如下的步骤完成：1. 进入 Auxl2命令：/AUX12GUI：Main MenuRadiation2. 选择构成辐射面的节点和单元。较简便的方法是
4、根据单元属性选择（如 单元类型）选择单元，然后选择所有Attached to单元的节点（同时应注意将 空间节点也选择进来）:命令：ESEL, S, TYPE 和 NSELGII:Utility MenuSelectEntities3. 确定所分析的模型是3D还是2D命令：GEOMGUI:Main MenuRadiation MatrixOther SettingsAUX12采用不同的算法分别计算2D和3D模型的形状系数,AUX12默认为3D。 2D可以是平面的（NDIV = 0），也可以是轴对称的（NDIV0），缺省为平面的。 轴对称模型在内部展成3D, NDIV是圆周方向分割数量。例如NDI
5、V=10，则每段 为36度。4. 确定辐射率（缺省为1.0）：命令：EMISGUI:Main MenuRadiation MatrixEmmisivities5. 定义Stefan-Baltzmann常数（缺省情况下，英制单位为0.119X10-1 Btu/hr-in2-R4，国际单位制为 5.67X10-8W/m2K4）。命令：STEFGUI：Main MenuRadiation MatrixOther Settings6. 确定计算形状系数的方法。命令：VTYPEGUI:Main MenuRadiation MatrixWrite Matrix可选择非隐藏或隐藏两种方法之一，非隐藏方法计算
6、每个单元对其它单元的 形状系数，无论两单元之间是否有阻碍；隐藏方法（默认）首先用“隐藏线” 算法确定两单元之间是否“可见”，如果目标单元与辐射单元的辐射方向指向 对方，而且设有其它单元阻碍，则它们是“可见”的，形状系数按如下方法计 算：每一个辐射单元被封闭成一个半径为单位值的半球（3D）或半圆（2D）；所有的目标单元向这个半球或半圆投影；一定数量（默认为20）的射线由辐射单元面投向半球或半圆。这样，形状 系数就是投到投影面上的射线数量与辐射面发出的射线的数量之比，通常设定 的射线数量越多，形状系数的精度越高。可以通过设定VTYPE命令的变量NZONE 或上述的菜单来设定射线数量7如果有必要（例
7、如开放系统），应指定空间节点：命令：SPACEGUI:Main menuRaditionMatrixOther Settings8. 将辐射矩阵写到文件jobname.sub中，如果想要写更多的辐射矩阵，为不 同的矩阵指定不同的文件名：命令：WRITEGUI: Main MenuRadiation MatrixWrite Matrix如果需要打印出辐射矩阵，应在执行Write命令之前执行命令：mprint, 1。9. 选择所有节点及单元命令：ALLSELGUI:Utility MenuSelectEverything现在就已经将辐射矩阵作为一个超单元写入到一个文件中了。6.6.3 使用辐射矩阵
8、进行热分析生成了辐射矩阵之后，重新进入前处理器，定义作为超单元的辐射矩阵。步 骤如下：1. 重新进入前处理器，选择单元MATRIX50（超单元），并设置单元Keyoption 为热辐射分析。命令：/PREP7GUI： Main MenuPreprocessor2. 设置缺省单元类型为超单元命令：TYPEGUI:Main MenuPreprocessorCreateElementElem Attributes3. 读入辐射超单元矩阵命令：SEGUI:Main MenuReprocessorCreateElements - Super elements-From .SUB4. 不选择或删除用于生成辐射
