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Fluent辐射传热模型理论以及相关设置
目录
1概述2 2根底理论2
2.1专业术语解释：2
2.2FLUENT辐射模型介绍：3 2.3辐射模型适用围总结4 3Fluent实际案例操作5
3.1Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型5 3.2Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型6 3.3仿真结论9
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1 概述
在传热的仿真中，有时候会不可防止的涉及到辐射传热，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 根底理论
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，那么 T = I/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。—摘自百度百科
而FLUENT中T=αL，其中L为介质的特征长度，α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α=αA+αS；
2、Absorption Coefficient〔αA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、Scattering Coefficient〔αS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，散射作用不容无视。
4、Refractive 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
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设为1〔默认值〕。一般对于具有方向性的辐射源问题，比方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、Diffuse Reflection〔漫反射〕：辐射到不透明固体外表的能量，一局部被固体吸收，另一局部被反射，其中反射分为镜面反射和漫反射。
6、Specular Reflection〔镜面反射〕：
7、Internal Emissivity〔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 FLUENT辐射模型介绍：
Fluent中有五种辐射计算模型，各个模型的使用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。
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