ANSYS(热辐射_第5节)
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（1）用LINK31，辐射线单元，分析两个点或多对点 之间的热辐射
（2）用表面效应单元SURF19 或SURF22，分析点对 面的热辐射
（3）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，也可用于瞬态传 热分析。
QUST
16
1.点-点问题
模拟两节点或多对节点的热辐射问题时，应使 用热辐射线单元LINK31。LINK31作为两节点 非线性单元可以计算两点之间因辐射引起的热 交换。使用此单元需指明以下常数：
Qij (Ti4Tj4)
QUST
7
1.黑体 黑体是理想化的平面，用来与实际平面进行比较。
黑体的特性:
黑体吸收所有的偶然辐射 (没有反射), 不管 波长和方向。
黑体为纯粹的发射器。对于给定的波长和温 度，没有平面比黑体发射更多的能量。
黑体是纯粹的散射发射器; 辐射在所有方向 均一致。
因此，对于黑体: αB =εB = 1
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。
QUST
9
到此为止我们只讨论了单独的辐射平面。但是， 在研究实际问题时，我们通常要考虑多个辐射 平面的相互作用。要考虑的平面越多，问题越 复杂:
QUST
10
4.形状因子
“形状因子”由相互辐射的两个平面(i和j)定义。它 的定义是由于从一个平面(i)发射的辐射能偶然施加到 另一个平面(j)上而得到。
热辐射计算方程：
两个表面之间的热辐射计算公式为：
QUST
14
上式中各参量的物理意义如下：
Q：表面I的传热率
：Stefan-Bolzman常数
、
i ：有效热辐射率；
A i ：表面I的面积；、
Ti
Tj
：表面I与表面J的绝对温度值。
QUST
15
5.2 热辐射问题分析
ANSYS提供了三种方法分析热辐射问题：
通常情况下，平面可以被理想化为散射或反射 面。反射平面会将辐射以近乎镜象的方式反射:
没有实际的平面是真正的散射或反射面。比较 灰暗的平面接近散射面，高度抛光的平面接近 反射面。
QUST
6
为了简化计算，平面的辐射特性可以在所有的 波长和方向平均。因此，在散射和反射平面之 间没有差别。
两平面间的辐射热传递与它们平面绝对温度差 的四次方成正比:
体载荷：生热率
QUST
21
注意：
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。
两个平面的形状因子是面积，方向和距离的函数。
Ai、Aj表示表面I与表面J的面积，γ表示面单元dAi与 面单元dAj之间的距离，θi表示面单元dAj的法线Nj与 两面但与连线的夹角，Ni表示面单元dAi的法线；Nj 表示面单元dAj的法线
QUST
11
QUST
12
角系数Fij具有以下特征：
与面距离的平方成反比；
有效的辐射表面面积
角系数
辐射率
Stefan-bolzmann常数。
QUST
17
2.点-面问题
模拟点面之间的热辐射问题，通常采用表面效 应单元-SURF151和SURF152。其中SURF151 用于2D单元和SURF152用于3D单元。
表面效应单元利用实体表面的节点形成单元， 并且直接覆盖在实体单元的表面。使用表面效 应单元可以更
QUST
8
.灰体
实际平面叫做“灰体”因为他们不象黑体。
3.ANSYS和辐射 ANSYS中关于辐射的重要假设和方法:
ANSYS 认为辐射是平面现象，因此适合用不透明 平面建模。
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 = ε) 。因此，只
有发射率特性需要在ANSYS辐射分析中定义。 ANSYS 不自动计入发射率的方向特性，也不允许
与cosθi成正比，在θi=0时表面I辐射出最大
的热量。
与cosθj成正比，在θj=0时表面I辐射出最大
的热量。
QUST
13
若两表面彼此“看不见”（即cosθi=0且 cosθj），则彼此的角系数等于0；
根据相互作何用原理，从任何平面发射的能
量必须守恒，对于任意两表面均有AiFij= Aj Fji
Bolzmann常数） 材料属性：DENS（密度）、EMIS（辐射率） 表面载荷：对流、热流密度。
体载荷：生热率
QUST
20
SURF152 实常数:FORMF(角系数)、SBCONST（Stefan-
Bolzmann常数） 材料属性：DENS（密度）、EMIS（辐射率） 表面载荷：对流、热流密度。
QUST
18
灵活的在实体表面施加热载荷。例如，热流密 度与对流可以施加在同一外表面，但ANSYS在 计算过程中仅读取最后施加的面载荷进行计算。 为避免ANSYS只读取一种载荷，可以利用实体 单元承受热流密度，而表面效应单元承受对流 载荷。
QUST
19
SURF151 实常数:FORMF(角系数)、SBCONST（Stefan-
ANSYS(热辐射_第5节)
5 热辐射分析
QUST
2
5 热辐射分析
5.1 热辐射分析简介 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。因为由于热辐射引起 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。 辐射热传递是通过电磁波传递热能的方法。 热辐射的电磁波波长为0.1 到 100 mm。
4
平面总发射率, ε是平面在所有方向使用所有
波长发射热的能力。这是一个无量纲数值。
平面在所有方向用所有波长发射的总能量 (热 流单位) 由施蒂芬-波斯曼定律确定:
E q T4
A
q
q
Diffuse Surface
Spectral Surface
QUST
5
平面可以Hale Waihona Puke Baidu想化为散射或反射装置。散射装置 会将辐射均匀反射到所有方向，而不管辐射源 的方位:
QUST
3
不象其他热传递方式需要介质，辐射在真空 中(如外层空间)效率最高。
对于半透明体(如玻璃), 辐射是三维实体现 象,因为辐射从体中发散出。
对于不透明体，辐射主要是平面现象因为几 乎所有内部辐射都被实体吸收了。
ANSYS 可以模拟不透明体间的辐射，所以 我们将讨论范围限制在平面辐射现象上。
QUST
（2）用表面效应单元SURF19 或SURF22，分析点对 面的热辐射
（3）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，也可用于瞬态传 热分析。
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1.点-点问题
模拟两节点或多对节点的热辐射问题时，应使 用热辐射线单元LINK31。LINK31作为两节点 非线性单元可以计算两点之间因辐射引起的热 交换。使用此单元需指明以下常数：
Qij (Ti4Tj4)
QUST
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1.黑体 黑体是理想化的平面，用来与实际平面进行比较。
黑体的特性:
黑体吸收所有的偶然辐射 (没有反射), 不管 波长和方向。
黑体为纯粹的发射器。对于给定的波长和温 度，没有平面比黑体发射更多的能量。
黑体是纯粹的散射发射器; 辐射在所有方向 均一致。
因此，对于黑体: αB =εB = 1
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。
QUST
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到此为止我们只讨论了单独的辐射平面。但是， 在研究实际问题时，我们通常要考虑多个辐射 平面的相互作用。要考虑的平面越多，问题越 复杂:
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4.形状因子
“形状因子”由相互辐射的两个平面(i和j)定义。它 的定义是由于从一个平面(i)发射的辐射能偶然施加到 另一个平面(j)上而得到。
热辐射计算方程：
两个表面之间的热辐射计算公式为：
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上式中各参量的物理意义如下：
Q：表面I的传热率
：Stefan-Bolzman常数
、
i ：有效热辐射率；
A i ：表面I的面积；、
Ti
Tj
：表面I与表面J的绝对温度值。
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5.2 热辐射问题分析
ANSYS提供了三种方法分析热辐射问题：
通常情况下，平面可以被理想化为散射或反射 面。反射平面会将辐射以近乎镜象的方式反射:
没有实际的平面是真正的散射或反射面。比较 灰暗的平面接近散射面，高度抛光的平面接近 反射面。
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为了简化计算，平面的辐射特性可以在所有的 波长和方向平均。因此，在散射和反射平面之 间没有差别。
两平面间的辐射热传递与它们平面绝对温度差 的四次方成正比:
体载荷：生热率
QUST
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注意：
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。
两个平面的形状因子是面积，方向和距离的函数。
Ai、Aj表示表面I与表面J的面积，γ表示面单元dAi与 面单元dAj之间的距离，θi表示面单元dAj的法线Nj与 两面但与连线的夹角，Ni表示面单元dAi的法线；Nj 表示面单元dAj的法线
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角系数Fij具有以下特征：
与面距离的平方成反比；
有效的辐射表面面积
角系数
辐射率
Stefan-bolzmann常数。
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2.点-面问题
模拟点面之间的热辐射问题，通常采用表面效 应单元-SURF151和SURF152。其中SURF151 用于2D单元和SURF152用于3D单元。
表面效应单元利用实体表面的节点形成单元， 并且直接覆盖在实体单元的表面。使用表面效 应单元可以更
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.灰体
实际平面叫做“灰体”因为他们不象黑体。
3.ANSYS和辐射 ANSYS中关于辐射的重要假设和方法:
ANSYS 认为辐射是平面现象，因此适合用不透明 平面建模。
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 = ε) 。因此，只
有发射率特性需要在ANSYS辐射分析中定义。 ANSYS 不自动计入发射率的方向特性，也不允许
与cosθi成正比，在θi=0时表面I辐射出最大
的热量。
与cosθj成正比，在θj=0时表面I辐射出最大
的热量。
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若两表面彼此“看不见”（即cosθi=0且 cosθj），则彼此的角系数等于0；
根据相互作何用原理，从任何平面发射的能
量必须守恒，对于任意两表面均有AiFij= Aj Fji
Bolzmann常数） 材料属性：DENS（密度）、EMIS（辐射率） 表面载荷：对流、热流密度。
体载荷：生热率
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SURF152 实常数:FORMF(角系数)、SBCONST（Stefan-
Bolzmann常数） 材料属性：DENS（密度）、EMIS（辐射率） 表面载荷：对流、热流密度。
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灵活的在实体表面施加热载荷。例如，热流密 度与对流可以施加在同一外表面，但ANSYS在 计算过程中仅读取最后施加的面载荷进行计算。 为避免ANSYS只读取一种载荷，可以利用实体 单元承受热流密度，而表面效应单元承受对流 载荷。
QUST
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SURF151 实常数:FORMF(角系数)、SBCONST（Stefan-
ANSYS(热辐射_第5节)
5 热辐射分析
QUST
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5 热辐射分析
5.1 热辐射分析简介 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。因为由于热辐射引起 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。 辐射热传递是通过电磁波传递热能的方法。 热辐射的电磁波波长为0.1 到 100 mm。
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平面总发射率, ε是平面在所有方向使用所有
波长发射热的能力。这是一个无量纲数值。
平面在所有方向用所有波长发射的总能量 (热 流单位) 由施蒂芬-波斯曼定律确定:
E q T4
A
q
q
Diffuse Surface
Spectral Surface
QUST
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平面可以Hale Waihona Puke Baidu想化为散射或反射装置。散射装置 会将辐射均匀反射到所有方向，而不管辐射源 的方位:
QUST
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不象其他热传递方式需要介质，辐射在真空 中(如外层空间)效率最高。
对于半透明体(如玻璃), 辐射是三维实体现 象,因为辐射从体中发散出。
对于不透明体，辐射主要是平面现象因为几 乎所有内部辐射都被实体吸收了。
ANSYS 可以模拟不透明体间的辐射，所以 我们将讨论范围限制在平面辐射现象上。
QUST