环境辐射温度场计算
测辐射热计探测器中温度场有限元计算分析
其余 各边界 均属 于第 三类 边界条 件 ：
个
一
瓦
ｌｉ 一 ２ ｉ』 —－ Ｏ Ｏ２ ｙ
ｌ‘ ｌ¨
ｋ｝
ｎ
＝ （ Ｔｆ Ｔ ）
（ ．） １３
式 中，Ｔ ℃ 为物体 的瞬 态温 度 ；ｔ ｓ ／ ／ 为过程进 行 的
２０ ０ ０年 ｌ ２月 收 穑 ． ０ １ １ ２ ０ 年 １月定 穑
中图分 类号
测辐 射热 计属 于 热 探 测 器， 热 敏 材料 的 电导 其 率 依赖 于温度 ， 以 当 辐射 引起热 敏 材料 温 度 上 升 所
时， 表现 为探 测器 电阻 的变 化。 因此 ， 测 器热敏 层 探 的温 度分布 对分 析探 测 器性 能 有重要 作用 。本 文主
Ｙ 轴
下， 由此产 生 的焦 耳 热 即 为热 敏 层 的内热 源 。此 处
设偏 置功 率 为 ３ ８ “ ＿８ ｗ【
３ 计算结果的分析
３ １ 计 算结 果 ．
１２ 非稳 态温度 场 的总 体合成 公式 ．
（ ． ） 的左端 项显 示 探 测 器 的 温度 分 布还 存 １１式
在有 限元 数值 计算 过 程 中， 探 测器 的 辐射 热 对
０一 ｂｍ ． ｌｃ
ＩＩ 为材 料 的密 度 ， 常 数 处理 ； Ｊ， ｇ ・ Ｔ３ Ｉ 作 ｃ／ ｋ ℃ 为材 料 的定压 比热 ， 作常 数处理 ； ／ ・ｌ ｗ ｆ。为材 料 ｌ 的 内热 源 强度 ， 作常 数处理 。 １１ 边界、 ． 初始 条 件和 内热源 问题 为 了得 到 固体 导热 的偏 微 分方 程 的 唯 一解 ， 必 须 附加边界 条件 和初 始条 件 这 里 四条 “ 底端 始 腿” 终 为 基底 的温度 ， 符合 传热 学 的第一类 边 界条件 ：
考虑不同太阳辐射模型的混凝土导流墙温度场研究
型连 续 ６天 日照 后 混凝 土 导 流 墙 的 温度 场 。结 果 表 明 ：不 同 模 型 计 算 的 瞬 时 辐射 强 度 最 多 相 差 １ ８ ７ Ｗ， ｍ ，温 度 值 差
别为 ２ ． １℃ ：与 不 考 虑 日照 相 比 ， 日照 使 混 凝 土表 面 温度 最 多 上 升 了 ｌ ４ ． ８℃ ，对 结 构 的 影 响 深 度 为 ２ ｍ，极 易 导 致 过 流 导墙 开 裂 ；上 述 ４个 模 型 的辐 射量 差 别 基 本 可 以 忽 略 。 关 键 词 ：太 阳模 型 ； 日照 温度 场 ；混 凝 土导 流 墙 ；桐 子林 工程
摘 要：随着水电建设重心的西移 ， 太 阳辐射量的计算 ，对高寒地 区混凝 土施工过 程仿真计算具有重要影响 。在无
辐射数据统计的地区，需要采用太 阳辐射模型进 行计算 。总结 Ｔ Ａ Ｓ Ｈ Ｒ Ａ Ｅ模型 、ＨＯ Ｔ ｒ Ｅ Ｌ模型、Ｋ Ｅ ＨＬ Ｋ Ｅ Ｃ Ｋ ． 模型和
Ｃ Ｏ Ｌ Ｌ Ａ Ｒ Ｅ Ｓ — Ｐ Ｅ Ｒ Ｅ Ｉ Ｒ ＆ Ｒ Ａ Ｂ Ｌ模 型 ．给 出 了太 阳 瞬时 辐 射量 的计 算 方 法 ； 以在 建 桐 子 林 工 程 为 例 ， Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ＆ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ， Ｋｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ ６ ５ ０ ０ ２１ ， Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｅ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ １ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ｏ ｆ ＡＳ ＨＲ ＡＥ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ＨＯ ＴＹ Ｅ Ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ＫＥＨＬ Ｋ ＥＣ Ｋ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｃ ＯＬ Ｌ ＡＲ ＥＳ－ Ｐ Ｅ ＲＥＩ Ｒ＆Ｒ ＡＢＬ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ
Fluent辐射传热模型理论以及相关设置
Fluent辐射传热模型理论以及相关设置目录1概述 (2)2基础理论 (2)2.1专业术语解释： (2)2.2FLUENT辐射模型介绍： (3)2.3辐射模型适用范围总结 (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 (10)1概述在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，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基础理论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，则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。
ansys中温度场散热方式
ansys中温度场散热方式
在ANSYS中，温度场散热方式主要有自然对流散热、强制对流散热和辐射散热三种。
1.自然对流散热：当没有外部强制对流时，热量通过自然对流传递。
这种
散热方式主要取决于物体的形状、大小、材料和环境温度。
2.强制对流散热：通过外部设备（如风扇、泵等）强制空气流动，以增加
对流换热效率。
这种散热方式适用于需要快速散热的场合。
3.辐射散热：热量通过物体表面以电磁波的形式向周围空间传递。
这种散
热方式主要取决于物体的表面温度和周围环境的温度。
在ANSYS中，可以根据具体的问题和需求选择合适的散热方式。
同时，还可以通过调整模型的参数和设置，如材料属性、边界条件等，来影响温度场的分布和散热效果。
第三章 热量传递的基本原理
2
d T 1 dT + = 0 2 dr r dr
• 导热问题的完整数学描述 无内热源、常物性、稳态一维问题的导热 微分方程 2
由
d t =0 2 dx
得
dt = c1 dx
得
t = c1 x + c2
问题不能确定，需有定解条件： 〈1〉 初始条件：τ = 0 时的温度分布 t τ = 0 =f (x,y,z) 〈2〉 边界条件：边界上的温度分布或换热条 件。
即 边界条件：
x
d 2t =0 2 dx
x = 0 t = t1 ; x = δ t = t 2
数学描述
d 2t =0 2 dx x = 0 , t = t1 x = δ , t =t 2
t = c1 x + c2
c2 = t1
温度分布
c1 =
t 2 − t1
δ
t=
dt dx
t 2 − t1
δ
x + t1
μ↑
Re ↓
h↓
4、换热表面的形状、大小、位置 壁面形状、位置形状(平板,圆管)、位置(横 放、竖放、管内、管外)
5、流体有无相变 有相变（沸腾或凝结），流体温度基本保持不 变，流体与壁面的换热量等于吸收或放出的汽化潜 热。有相变比无相变时换热系数大很多。 珠状凝结比膜状凝结换热系数大得多。
综上所述
动力消耗大
δ ↓ h↑
3、流体的物理性质
流速：V↑ h↑ V=0 无对流 物性－表征物质物理特性的物理量 密度，粘性，热导率，比热等 其他条件相同时，不同的流体换热量不 同，就是因为物性不同
λ的影响：
日照辐射作用下大跨径鱼脊连续梁桥温度场的仿真模拟
图 １ ｏ它是 国 内首 座特 大型宽 桥 面混凝 土鱼 脊连 续梁桥 。
骤 然降温温度 荷载及年温温度 荷载 ３ 种类 型 ， 其 中， 对 桥 梁结 构 温度 场分 布 影 响最 大 ，最 复杂 的是 日
中 圄 盛ｉ 看
朱 鹏 志 ， 左 涌 ， 傅 梅： 日 照 辐 射 作 用 下 大 跨 径 鱼 脊 连 续 梁 桥 温 度 场 的 仿 真 模 拟
２ ０ １ ３ 年第６ 期
２ 温 度 场 边 界 条 件 及 计 算 参 数 ２ ． １ 边 界 条 件
一
座 桥 梁 结 构 长 期 经 受 一 种 周 期 性 的 辐 射
日照辐 射作 用下大 跨径 鱼 脊连 续梁桥 温 度场 的仿真 模拟
朱鹏 志， 左 溺 ， 傅 梅
２ Ｏ Ｏ １ ２ ５） （ 上 海 市城 市 建 设 设 计研 究 总 院 ，上 海
摘 要 ：以上 海浦 东新 区两港公 路大 治河 鱼脊梁 桥为 例 ，对任 意 时刻温度 场 的数值仿 真 ，得 出 了数 值仿真 结果 与规
析 桥 梁结 构 一 般 温 度 场 的 同 时 ，研 究 其 温 度 问 题
的独特性 。
根 据 以往 的 实 测 数 据 及 实 验 测 试 ，７月 份 日温
度波 动 最大 ，其 日照 作用 产 生 的温度 荷 载影 响 最 大 。本 文 以宝 山气 象 局 提 供 的 ７月 份 的 数 据 作 为 大 治河桥温度场计算 的依据 。
１ 工 程 概 况
大治河桥主体结构为 ｊ 三 跨预应力混凝 土鱼脊 连 续 梁 ，位 于上 海 市浦 东 新 区南 汇 区域 。桥 梁 跨度 组合为 ９ ２ ｍ ＋ １ ５ ８ ｍ ＋ ９ ２ ｍ ＝ ３ ４ ２ ｍ，桥 面宽为 ３ ５ ｍ，
中段弹道目标的温度场与红外辐射特性计算
Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆＭ ｉ ｃ ｕｒ ｅ Ｂａ ｌｓ ｉ ｒ ｅ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｏ ｄ ｏ ｓ ｌｉｔｃ Ｔａ ｇ ｔ
Ｓ ＨＥＮ ｅ ｔ ｏ，ＺＨＵ ｎ － ｉｎ Ｗ ｎ—ａ Ｄｉ ｇ ｑａ ｇ，ＣＡＩ Ｇｕ — ｉｏ ｏ ｂａ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｓ ｏ ａ ｔ ｓ ｅ ｎ ｎｖ ｒ ｔ ｏ ｅｏ ａ ｔ ｓ ｎ ｓ ｎ ｕｉｓ Ｂ ｉｎ ０ １ １ ｈ ｎ ） Ｓ ｈｏ ｔ ｎ ｕ ｉ ，Ｂ ｉ ｇＵ ｉ ｓ ｙ ｆ ｒｎ ｕｉ ｄＡ ｔ ａ ｔ ， ｅ ｉｇ１ ０ ９ ，Ｃ ｉａ ｏＡ ｒ ｃ ｊ ｅ ｉ Ａ ｃａ ｏ ｒ ｃ ｊ
ｄ ｔ ｔ ｎ ｅ ｔｙ ｈ ｌ ｉ ｏｉｏ ｅ ｅ ｎｔｅ ｕ ， ｈ ａｔ ａ ｄｔ ｒｅ ａ ａ ｕａ ｄｔ ｇ ｔｈ ｂｅｔ ｅ ｆｈ ｅ ｃ ａ ｄｉ ｎｉ ．Ｔ ｅｒ ａ ｖ ｐ ｓ ｉ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔｅ ｒ ｎ ｅｔ ｇ ｔ ｒ ｃ ｌ ｌｔ ｅ ｔ ｏ ｊｃ ｖ ｓ ｅ ｅ ｄ ｆ ｅ ｔｅ ｔｎ ｗ ｈ Ｓ ｅ ｈ ｈ ａ ｅ ｃ ｅ ｏ ｅ ｉ ｏｔ
ＤＯ ：１ ． ８ ３ ｊｉ ｎ １０ —３ ８ ２ １ ． ９ ０ ３ Ｉ ０ ３ ７ ／ ．ｓ ． ０ ０ １ ２ ． ０ ０ ０ ． ２ ｓ
热辐射计算公式
例2－1一锅炉墙采用密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制作，壁厚 。已知内壁温度 ℃，外壁温度 ℃，试求每平方米炉墙每小时的热损失。
解为求平均导热系数 ，先算出材料的平均温度
℃
对密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制品，从附录7查得
代入公式 得
讨论：对水泥珍珠岩这类在一定的温度范围内导热系数与温度成线性关系的材料，工厂提供的导热系数计算中 都是指计算范围内的平均值，使用时要注意其最高的允许使用温度。
液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。
热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。
热流密度：单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度，用q表示，单位为W/m2。
熟悉非稳态导热问题数值求解的基本思想及求解步骤，显式稳定性的判定方法；
掌握有限差分法的基本原理、节点温度差分方程的建立方法、节点温度差分方程组的求解方法及非稳态导热问题的数值解法，利用热平衡方法建立非稳态导热物体节点的离散方程。
（二）本章重点
非稳态导热问题数值求解的基本思想；
利用热平衡法和泰勒级数展开法建立节点的离散方程的方法
教材后作业
4－10
2
8
对流换热概说；对流换热问题的数学描写
教材后作业
9
对流换热的边界层微分方程组；相似原理及量纲分析
教材后作业
6-1,6-6
4
10
内部流动强制对流换热实验关联式
教材后作业
6-8,6-10,6-14
6
11
外部流动强制对流换热实验关联式
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在封闭的室内环境中，当空调工作并使室内温度湿度分布情况达到稳定时，地板上任一块立体空间的能量流动处于动态平衡状态，即单位时间内从该空间辐射出的能量等于该空间接收的辐射能量。
当人进入室内，并站在该空间的瞬间，人体感受到的温度就是该空间的温度，因此，根据地板温度以及墙体温度求解目标空间温度，对空调温度的调节具有重要的指导意义。
墙2，T 2，X 2
墙3，T 3，X 3
当（假设1）只考虑三面墙体和地板的辐射对目标空间的作用时，根据能量守恒可得式（1）
123T floor E E E E E =+++
（1）
式中，E T 是该立体空间辐射出的能量，E 1、E 2、E 3、E floor 分别为墙1、墙2、墙3以及
地板面对该处空间的辐射能量。
（假设2）将墙、地面看做有限尺寸的朗伯辐射体，当目标空间距离墙面或地面距离为L 时，墙面对空间的辐射照度为
2
2
2
X H AW X L
=+
（2）
式中，辐射照度H 表示空间的单位面积在单位时间内接收到的能量，单位为W/cm 2；W 称为辐射功率密度，指单位面积的辐射源在单位时间内发出的能量，单位也是W/cm 2；X 代表墙的尺寸，其值等于墙半高和半宽的平均值；A 为修正因子，其值与目标空间相对于墙或地面辐射中心法线的偏离角度有关，A <=1。
（假设3）
将式（2）代入式（1），得到单位时间内目标空间单位面积内的能量关系为
222
1231122334222222
112233
T floor X X X W AW A W AW A W X L X L X L =++++++ （3） 当忽略比辐射率的影响时，目标空间、地板、墙面的辐射可近似为黑体辐射（假设4），辐射功率密度与其温度满足如下关系
4W T σ=
（4）
对其微分可得，在T 变化范围不大时
30004dW W W T W T T dT
σ⎛⎫=+∆=+∆
⎪⎝⎭
（5）
由于黑体辐射的辐射功率密度只与物体的温度相关，在同一室内环境下，墙壁和地板的平均温度差相对较小（假设5），故各墙壁的辐射功率密度可表示为
()()()
3
11322333444floor floor floor floor floor floor floor floor floor W W T T T W W T T T W W T T T σσσ=+-=+-=+-
（6）
目标空间的辐射功率密度为
()34T floor floor T floor W W T T T σ=+-
（7）
式中，T T 即是目标空间温度，即人体感受温度。
将式（6）、式（7）代入式（3），得
()()()222
123112233222222
112233
222
12312342222223
11
223314T floor floor floor floor floor floor X X X T T A T T A T T A T T X L X L X L W X X X A A A A X L X L X L T σ-=-+-+-+++⎡⎤⎛⎫++++-⎢⎥ ⎪+++⎝⎭⎣⎦
（8）
在理想状态下，房间温度完全均匀分布时，各墙面、空间与地板不存在温差，式（8）左右应为0，计算得到式（8）中，最后一项为0（假设6），从而得到式（9）
()()()2221231122332222
2
2
112233T floor
floor floor floor X X X T T A T T A T T A T T X L X L X L =+-+-+-+++ （9）
即为立体空间温度的求解公式。
对于系数A ，目前学术上对单面墙辐射时，空间偏离辐射中心法线的情况有一个较为精确的计算公式，但形式比较复杂。
为了使公式更适用于室内多面墙的情况，建议进行室内实验，通过数据拟合求出A 的值。