1、QUST 15 热辐射分析QUST 2n 5.1 热辐射分析简介n (1) 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。n (2) 热辐射的电磁波波长为 0.1 到 100 mm。n (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。n (4)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。n (5)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。n (6)ANSYS 可以模拟不透明体
2、间的辐射，所以我们将讨论范围限制在平面辐射现象上。QUST 3n (1)平面总发射率 , 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。 n (2)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 :Diffuse Surface Spectral Surfaceq qQUST 4n (3)平面可以理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。n (4)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。n (5)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
3、的平面接近反射面。QUST 5n 2.黑体n 黑体是理想化的平面，用来与实际平面进行比较。n 黑体的特性 :n （ 1）黑体吸收所有的偶然辐射 (没有反射 ), 不管波长和方向。n （ 2）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 : B =B = 1n （ 3）实际平面叫做 “ 灰体 ” 因为他们不象黑体。QUST 6n 3.ANSYS和辐射n ANSYS中关于辐射的重要假设和方法 :n （ 1） ANSYS 认为辐射是平面现象，因此适合用不透明平面建模。n （ 2） ANSYS 不直接计入平面反
4、射率。考虑到效率，假设平面吸收率和发射率相等 (a = ) 。因此， 只有发射率特性需要在 ANSYS辐射分析中定义 。n （ 3） ANSYS 不自动计入发射率的方向特性，也不允许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 7n 4.形状因子n “ 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。n 两个平面的形状因子是面积，方向和距离的函数。QUST 8n Ai、 Aj表示表面 I与表面 J的面积； 表示面单元 dAi与面单元 dAj之间的距离； i 表示面单元 dAj的法线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 9n 角系数 Fij具有以下特征：n （ 1）与面距离的平方成反比；n （ 2）与 cosi成正比，在 i=0时 表面 I辐 射出最大的 热 量。n （ 3）与 cosj成正比，在 j=0时 表面 I辐 射出最大的 热 量。QUST 10n 若两表面彼此 “ 看不见 ” （即 cosi =0且 cosj ），则彼此的角系数等于 0；n 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
