熱輻射分析案例

2021-01-17 有限元在線

   熱輻射是一種通過電磁波傳遞熱能的方式。電磁波以光的速度進行傳遞，而能量傳遞與輻射物體之間的介質無關。熱輻射只在電磁波的頻譜中佔小部分的帶寬。由於輻射產生的熱流與物體表面的絕對溫度的四次方成正比因此熱輻射有限元分析是高度非線性的。物體表面的輻射遵循Stefan-Boltzmann定律：

式中：T為物體表面的絕對溫度；為史蒂芬—玻爾茲曼常數。

      下面就通過一個簡單的案例帶大家了解以下在ABAQUS中如何進行熱輻射分析。

1. 模型介紹

      該案例模擬了一個直徑為1m、高1m、初始溫度2000K的金屬實心圓柱體在300K的環境中（假設沒有對流換熱）熱輻射降溫的過程。考慮到圓柱體為軸對稱模型，因此將其簡化為二維軸對稱問題進行分析，如下圖所示。


實心圓柱體軸對稱模型

在開始建立模型之前，需要對特定的參數進行設置：

絕對零度和史蒂芬—玻爾茲曼常數設置

2. 材料參數

該分析中採用國際單位制，因此各材料參數為：

       建立熱傳導分析步，求解時間設為36000s，初始增量步為0.1s，最小增量步為0.001s，最大增量步為100s，每個增量步所允許的最大溫度改變為50℃。

分析步設置

4. 相互作用

設置圓柱體外表面的輻射率及環境溫度。

設置輻射率和環境溫度

5. 邊界條件

對整個圓柱體模型設置初始溫度2000K。

設置初始溫度

6. 結果分析

提交求解後可以得到模型的溫度分布，如下圖。

溫度分布


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