ANSYS热分析：利用辐射矩阵单元构建非线性辐射模型

在Ansys热分析教程的第八章中，主要探讨了辐射建模在热分析中的应用，特别是如何利用辐射矩阵单元来构建这种模型。辐射建模是一种处理辐射热传递的重要工具，适用于封闭或开放系统，尤其是在形状因子未知的情况。该方法的核心在于计算不同表面间的相互辐射，通过生成形状因子Fij来反映各个表面对辐射的影响。 章节内容涵盖了以下几个关键点： 1. 辐射特性：辐射热传递是通过电磁波进行的，其波长范围从0.1到100微米，包括部分紫外线和全部红外波段。在真空中，辐射是最有效的热传递方式。 2. 辐射理论：对于半透明体（如玻璃），辐射表现为体外散射现象；而对于不透明体，辐射主要是平面现象，内部辐射大部分被吸收。ANSYS专注于模拟平面辐射现象。 3. ANSYS求解方法：ANSYS提供了多种求解辐射问题的方法，包括平面效果单元、连接单元以及辐射矩阵功能。平面效果单元用于简单的辐射计算，连接单元处理复杂连接表面，而辐射矩阵功能则是处理多面体表面间辐射的关键。 4. 实例演示：教程中通过一个加热水槽的热分析示例，介绍了如何使用辐射矩阵功能。隐式求解和非隐式求解方法也被详细讲解，前者可能消耗更多CPU时间和存储空间。 5. 表面辐射和吸收：实际物体表面不仅发射辐射，还会吸收来自其他表面的辐射。物体表面的辐射和吸收特性受温度和波长方向分布的影响。ANSYS假设表面的辐射和吸收在所有波长和方向上均匀，简化了计算。 6. 能量守恒：在辐射分析中，必须满足能量守恒原则，即表面的总吸收率和总反射率之和等于1，这在计算过程中起到了至关重要的作用。 总结来说，本章深入介绍了如何在Ansys热分析中运用辐射矩阵单元进行精确的辐射建模，包括理论基础、计算方法以及实际应用中的注意事项。通过理解这些概念和技术，用户可以更好地处理复杂的辐射热传递问题，优化设计和分析结果。