ANSYS辐射仿真模拟

高精度有限元仿真在辐射传热过程温度场模拟与分析中的应用

辐射传热作为一种非接触式热能传递方式，通过电磁波在没有直接物质接触的情况下进行能量传播，是热能传递的一种独特机制。这一过程受到微观粒子运动状态改变的激发，其显著特征是正比于物体表面热力学温度的四次方，体现了辐射传热的高度非线性特点。借助于温度场数值模拟仿真技术，我们能够深入研究热辐射的规律和机制，对于炉内传热的合理设计以及相关操作工的劳动保护都具有重要价值。

当前，大型有限元软件如ANSYS的不断发展革新，其在稳态瞬态热分析、辐射热分析、相变分析、热应力分析及流体热分析领域的功能日益强大，显著提高了计算的精度与效率，成为了高效处理复杂辐射传热问题的利器。

辐射传热过程的模拟仿真：模型与基础假设的构建


探索对象的定义与模型画布

本文以同轴圆柱体作为研究对象，旨在通过有限元方法对其内部温度场进行仿真分析。此模型的尺寸如图1所示。

做出合理的模拟假设以简化问题




在复杂辐射传热条件下，本文做出以下基础假设来简化模型，确保仿真结果的准确性与实用性：

1. 空间简化：由于圆柱体足够长，问题全局简化为平面问题。

2. 系统封闭：假设整个热交换过程为一个封闭系统，不引入外部节点，突显内部热流动轨迹。

初始与边界条件的设定


具体初始化条件设定如下：

1. 均匀热场：初始时，整个圆柱体内部拥有相同的均匀温度场，假设温度为100°C。

2. 边界值：外圆柱作为边界条件，设定其初始温度同样为100°C。两圆柱体之间的热交换遵从了人物与环境之间的Newton冷却定律，该定律考虑了对流换热系数（系数为65 W/m²·℃）、液态金属特征温度与砂型边界温度。

稳态分析与问题描述

借助ANSYS的Thermal Solid实体单元功能构建三维模型，并利用其映射网格剖分技术精化局部区域，实现计算精度与效率的平衡。通过这项分析，本文后半部分将重点关注如下子集：

负载设置：施加温度载荷和对流载荷，确定初始状态。经过稳态分析后，使用得到的温度场作为瞬态分析初值。

动态设置：时间积分16200s，重点分析不同阶段内温度场的变化规律。


仿真结果与策略分析


结论：多维度优化与 LABOR保护

结合辐射传热过程及其在模型上的应用，本文旨在提供一种通过ANSYS软件实现复杂温度场模拟的简便方法。这一方法以其精确度与计算效率，显著提升了对热传递微观机制的理解，对于炉内传热的合理设计至关重要。尤其针对高温操作环境，准确预测与控制热传递过程不仅有助于系统性能的优化，更直接关乎操作人员的健康与安全。这体现了辐射传热分析在实际应用中价值的全面性及深度。尤其在考虑保温系统设计时，任何环境下的热损失控制都不应忽视辐射传热的影响。通过有效的材料选择、结构设计与性能优化，可以显著提高系统的热性能和操作者安全性，为高温操作环境下的技术创新和应用提供了理论支持与实践指导。