ANSYS培训教程：热分析-热辐射

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。

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。

Command:TOFFST

GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis Options

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options

使用LINK31—辐射线单元

LINK31是一个两节点非线性线单元，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

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用于两维模型，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)、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：

Command: 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：

Command: /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：

Command: 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）：

Command: EMIS

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Emissivities

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

Command: STEF

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings

（6）、确定用什么方式计算形状系数：

Command: 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：

Command: SPACE

GUI: Main Menu>Radiation Matrix>Other Settings

（8）计算辐射矩阵并写入jobename.sub文件：

Command: 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：

Command: TYPE

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

（3）、读入超单元矩阵：

Command: 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：

Command: EDELE

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

（5）、进入/SOLUTION施加其它热载荷并求解。