Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Flue nt辐射传热模型理论以及相关设置

目录

1概述.....................................

2基础理论...................................

2.1专业术语解释： ...........................

2.2FLUENT畐射模型介绍：.........................

2.3辐射模型适用范围总结 ........................

3Flue nt实际案例操作............................

3.1Casel-测试external emissivity 使用DC模型计算-2D 模型.......

3.2Case2-测试in ter nal emissivity- ........................... 使用DO模型计算-2D 模型

3.3仿真结论 ..............................

1概述

在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，而我们对Fluent 中辐射模型的了解甚少，很难得到可靠的计算结果。因此，一直以来，Fluent 中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点，本专题重点来学习辐射模型的理论，让我们对辐射计算模型有一个深入的了解，以帮助我们攻克这个仿真难点。

2基础理论

2.1 专业术语解释：

在Fluent 中开启辐射模型时，流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。

在Fluent help 中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。

对这些专业参数以及术语，我们来一一解释：

1、Optical thickness （光学深度，无量纲量）：介质层不透明性的量度。即介质吸收辐射的能力的量度，等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层的入射辐射强度为I ，透射的辐射强度为e，则T = l/e，其中T为光学深度。按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射，透射的辐射强度e= 入射辐射强度I，即光学深度为T=1，介质不参与辐射。一摘自百度百

科

而FLUENT中T=a L，其中L为介质的特征长度，a为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数）。如果T=0,说明介质不参与辐射，和百度百科中的定义有出入。但是所表达的意思是接近的，一个是前后辐射量的比值；一个是变化量和入射辐射量的比值（根据Fluent help 里的解释，经过介质的辐射损失量=I*T，个人理解，按照此定义，T不可能大于1啊，矛盾。// Theory Guide :: 0 // 5. Heat Transfer // 5.3. Modeling Radiation // 5.3.2. Radiative Transfer Equation ）。该问题的解释为：

其实一点也不矛盾，如果Optical thickness =1 ，就说明辐射在经过一定特征长度L 的介质后被完全吸收。如果>1 ，就说明辐射根本穿透不了特征长度L的介质，而被早早吸

收完了。打个比方，Optical thickness=10 , 说明辐射在经过L/10 距离后已经被吸收

（或散射）完。

其中 a = a A+a S；

2、Absorption Coefficie nt （a A吸收系数，单位1/m，见图2-1 ）:因为介质吸收而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时，

一般不吸收热辐射，该系数可近视设为0。而当气体中水蒸气和CO2含量较高时，

那对辐射的系数就不能忽略了。

3、Scatteri ng Coefficie nt （a S散射系数，单位1/m）:因为介质散射而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时，一般情况下，该系数可近视设为0。对于含颗粒物的流体，散射作用不容忽视。

4、R efractive Index （折射系数，无量纲量）：介质中的光速和真空中的光速之比。如是空气，可近视设为1（默认值）。一般对于具有方向性的辐射源问题，比如LED发光或激光等光学传热问题，辐射在经过水以及玻璃等透明介质时，需要设置该参数。一般情况，热辐射在计算域中是往各个方向辐射的，各项同性，没有方向性，该参数设为1 即

可。

图2-1 介质的辐射相关参数设置

5、D iffuse Reflection （漫反射）：辐射到不透明固体表面的能量，一部分被固体吸收，另一部分被反射，其中反射分为镜面反射和漫反射。

6、Specular Reflection （镜面反射）：

7、I nternal Emissivity （内部发射率）：处于计算域中的couple wall ，solid 和fluid zone 或者solid 和solid zone 或者fluid 和fluid zone 之间的辐射率。

8、External Emissivity （外部发射率）：处于计算边界上wall ，外部环境和wall 之间的辐射率。对于基于灰体辐射假设的计算，灰体辐射率不随波长变化，灰体辐射率=吸收率；

9、Theta Division and Phi Division ：设置为2，可作为初步估算；为了得

到更为准确的结果，最少设置成3，甚至为5，Fluent13.0 默认值为4。

10、Theta Pixels and Phi Pixels ：对于灰体辐射，默认值1*1 足够了；但是对于涉及到对称面、周期性边界、镜面反射、半透明边界时，需设置为3*3 ；

2.2 FLUEN辐射模型介绍：

Fluent 中有五种辐射计算模型，各个模型的使用范围以及其优缺点分别为：

1、DTRM模型：

优势：模型相对简单，可以通过增加射线数量来提高计算精度，适用于光学深度范围非常广的各种辐射问题。

限制：1 ）模型假设所有面都是漫反射，意味着辐射的反射相对于入射角是各项同性的，无镜面反射。

2）忽略散射作用。

3）灰体辐射假设。

4）使用大数目射线求解问题，非常耗费CPU资源。

5）和非一致网格（non-con formal in terface ）、滑移网格（slid ing mesh）不能一起使用，不能用并行计算。

2、P1 模型；：

优势：相比DTRM模型，P1模型耗费自己资源更少，并且考虑了散射作用；对

于光学深度较大的燃烧模型，P1 模型更稳定。P1 模型使用曲线中uobiao 比较容易处理复杂几何的辐射问题。