ANSYS热分析教程：辐射热传递与平面效应

"本章是Ansys热分析教程的第八章，主要讲解基本的热分析过程，特别是热沉分析，并引入了辐射热分析的概念。在热沉分析中，定义了一系列数值参数并创建了模型，使用了不同的单元类型进行网格划分，并施加了热流、对流和温度载荷。此外，还探讨了一个使用辐射矩阵单元的加热水槽分析案例，涵盖了隐式和非隐式求解方法。" 在Ansys热分析中，基本过程包括设定工况，例如热沉热分析，这里没有考虑辐射效应。用户定义了一些关键参数，如基础尺寸(base)、高度(hgt)、顶部和底部温度(ttop和tbot)以及空间间隔(fspc)，然后构建了模型，使用了QUAD PLANE55单元进行网格划分，以及SURF151单元处理叶片的外表面。加载条件包括热流、对流和温度边界条件，初始运算排除了辐射影响。 热辐射分析是热力学中的一个重要部分，它涉及能量通过电磁波的形式传递，主要在0.1至100微米的波长范围内。辐射在真空中尤其有效，因为它不需要媒介。在不透明物体之间，辐射表现为平面现象，其传递量与两个表面绝对温度差的四次方成正比，导致了非线性问题，需要迭代求解。 在Ansys中，辐射建模通常包括平面效果单元、连接单元和辐射矩阵功能。平面效果单元用于模拟简单的辐射交互，连接单元处理多表面间的相互作用，而辐射矩阵功能允许更精确地描述复杂的辐射网络。 辐射分析还需要考虑吸收和反射。一个表面的总吸收率(μ)代表其吸收辐射的能力，总反射率(μ)表示反射辐射的能力。能量守恒要求吸收率和反射率之和等于1。散射表面假设辐射能量均匀反射，而反射表面则假设遵循镜像反射定律。实际物体可能介于两者之间，但为了简化计算，通常会假设表面是理想的散射或反射面。 辐射分析案例中，介绍了加热水槽的隐式和非隐式求解方法。隐式方法通常用于稳态问题，而非隐式方法适用于瞬态问题，两者在解决辐射热传递时有不同的计算策略。 本章深入浅出地介绍了Ansys热分析中的基本过程和辐射分析原理，对于理解和应用Ansys进行热力学建模非常有帮助。