一、什么是热辐射

    辐射是一种通过电磁波传递能量的方式。电磁波以光速传播且无需任何介质。热辐射仅为电磁波谱中的一小段。因为由热辐射引起的热流与物体表面绝对温度的四次方成正比，因此热辐射分析是高度非线性的。

    ANSYS 中关于辐射的重要假设和方法：–    1. ANSYS 认为辐射是平面现象，因此适合用不透明平面建模。–    2. ANSYS 不直接计入平面反射率。考虑到效率，假设平面吸收率和发射率相等(a = e) 。因此，在  ANSYS 辐射分析中只需要定义发射率特性。–    3. ANSYS 不自动计入发射率的方向特性，也不允许发射率定义随波长变化。发射率可以在某些单元中定义为温度的函数。–    4. 所有分隔辐射面的介质在计算辐射能量交换时都看作是非参与的 (不吸收也不发射辐射能量) 。

二、分析热辐射问题

      ANSYS 提供了三 种方法分析热辐射问题：

          ·      用 LINK31，辐射线单元，分析两个点或多对点之间的热辐射；

          ·      用表面效应单元 SURF19 或 SURF22，分析点对面的热辐射；

          ·      用 AUX12，热辐射矩阵生成器，分析面与面之间的热辐射

     以上三种方法既可用于稳态热分析，也可用于瞬态热分析。

     热辐射分析要注意温度的单位制，因为计算热辐射使用的温度单位是绝对温度。如果在加载时使用的是华氏温度，就要设置460的差值；如果为摄氏温度，差值为273。

           命令： TOFFST

           GUI：  Main Menu > Preprocessor > Loads > Analysis Options

           GUI：  Main Menu > Solution > Analysis Options

三、使用 LINK31 - 辐射线单元

     LINK31 是一个两节点的非线性线单元，用于计算由辐射引起的两点之间的热传递。此单元要求输入如下的实常数：

          ·      有效的热辐射面积；

          ·      形状系数；

          ·      辐射率；

          ·      Stefan-Boltzmann 常数。

四、使用表面效应单元

     表面效应单元可以方便地分析点与面之间的辐射传热。SURF19 用于二维模型，SURF22 用于三维模型。单元应设置为包含辐射 KEYOPT(9)。

五、使用 AUX12 - 辐射矩阵生成器

     此方法用于计算多个辐射面之间的辐射传热。这种方法生成辐射面之间的形状系数矩阵，并将此矩阵作为超单元用于热分析。

     AUX12 方法由三个步骤组成：

          ·      定义辐射面

          ·      生成辐射矩阵

          ·      在热分析中使用辐射矩阵

    1.  定义辐射面

       (1)  在 PREP7中建模、划分网格。辐射面往往是 3D 模型中的面或 2D 模型中的边，如下图所示：

(2)  在辐射表面用 SHELL57（3D）或 LINK32（2D）划分网格。最好的方法是先选择辐射表面的节点，然后用如下方法创建 SHELL57 或 LINK32 单元：

           命令： ESURF

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

       注意：辐射面上的 SHELL57 或 LINK32 单元与节点必须与实体单元的表面单元和节点相吻合，否则计算的结果是不正确的。

       生成的 SHELL57 或 LINK32 单元的取向也很重要。AUX12 假定辐射的方向是 SHELL57 的 +Z 向，或 LINK32  的 +Y 向。因此在生成 SHELL57 或 LJNK32 单元时要注意节点的排列顺序。如图所示：

 (3)  如果所分析的系统是开放的，即一个面所辐射的热能未被模型中其它的面吸收，则必须定义一个空间节点，用于吸收损失的辐射热量。这个节点的位置是任意的。对于封闭的系统，不应定义空间节点。

2、生成辐射矩阵

      （1） 进入 AUX12：

      命令： /AUX12

      GUI：  Main Menu > Radiation Matrix

      （2） 选择组成辐射面的节点和单元。比较方便的方法是根据单元类型选择单元，并选择单元上的节点。有关选择目标的技巧，请参阅《ANSYS Basic Analysis Guide》

      （3） 确定模型是 3D 还是 2D：

      命令：  GEOM

      GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Other Setting

      AUX12 用不同的算法计算 2D 或 3D 模型的形状系数。AUX12 默认为 3D。2D 分为纯平面或轴对称，默认为纯平面。

      （4）定义每个辐射面的辐射率（默认为 1）：

      命令：  EMIS

      GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Emissivities

      （5） 定义 Stefan-Boltzmann 常数（默认为英制单位 0.199E-10 Btu/hr-in²-R⁴）

      命令：  STEF

      GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Other Settings

      （6） 确定用什么方式计算形状系数：

      命令：  VTYPE

      GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Write Matrix

    选择是隐藏还是非隐藏方法：

      ·      非隐藏方法计算每两个单元之间的形状系数，无论它们之间有无障碍；

      ·      隐藏方法（默认）用一种隐藏线算法判断两辐射面之间是否“可见”，如果可见则计算形状系数。

    （7）如为开放系统，定义空间节点：

    命令：  SPACE

    GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Other Settings

    （8）计算辐射矩阵并写入 jobename.sub 文件：

    命令：  WRITE

    GUI：   Main Menu > Radiation Matrix > Write Matrix

        如果要打印此矩阵，在执行上述命令之前输入 MPRINT，1。

    （9）选择所有的节点和单元

3、在热分析中使用辐射矩阵

    （1） 重新进入 PREP7，定义一个新的单元类型 MATRIX50（超单元）；

    （2） 将单元类型指向超单元：

    命令：  TYPE

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

    （3） 读入超单元矩阵：

    命令：  SE

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

    （4） 不选择或删除用于生成辐射矩阵的 SHELL57 或 LINK32 单元：

    命令：  EDELE

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

    （5） 进入 /SOLUTION 施加其它热载荷并求解。

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转自：htbbzzg的博客

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