i-deas tmg - 輻射建模
概述在熱分析中，輻射傳熱的精確處理經常是乙個關鍵問題。i-deas tmg 可以在模型中處理輻射。
以下將學習：
1. tmg 中視角係數的計算；
2. 如何修改輻射引數；
3. 如何建立反側；
4. oppenheim 和 gebhardt 輻射傳熱計算方法；
5. 如何模擬對環境的輻射。
輻射的一般流程
處理輻射問題主要有三個方面：
1. 建立輻射請求；
2. 設定輻射專案，如輻射熱、日照和軌道輻射、對環境的輻射，articulation 等；
3. 輻射控制設定。
前面說明了如何在主次單元間建立輻射熱耦合，以及在面或邊與周圍環境間建立基於有限元的輻射邊界條件。以下說明 tmg 的主要輻射功能，如何設定 tmg 以通過計算單元之間的視角係數來對輻射換熱進行建模。
tmg 採用的輻射理論
tmg 的輻射模擬功能基於所有輻射單元之間的視角係數 (形狀係數)。它利用這些係數和表面輻射效能來計算輻射傳熱。
在 tmg 中只有表面單元 (殼體單元、具有非零周長的梁單元、具有非零面積的集中質量單元) 才有輻射能力。
黑體視角係數
黑體視角係數 f0 是由單元 i 發出的漫射輻射能量被單元 j 接受的份額。tmg 有兩種方法計算表面之間的視角係數，tmg 決定最適用於當前模型的計算方法。
兩種方法分別是：
1. 精確圍線積分演算法 (exact contour intergral)，快捷且精確，但只適用於相互沒有遮攔的兩個表面。
2. 努塞爾特球技術 (nusselt sphere)，利用單元的子劃分處理有遮攔時的視角係數。
陰影檢測
陰影檢測占用了視角係數計算的主要時間。對每乙個單元對，必須對所有其它單元進行陰影檢測。因此，如有 n 個單元，陰影檢測次數會達到 n3 次。
為使陰影檢測的次數最少，可要求只計算可以相互看到的單元之間的視角係數，如封閉腔體。
單元子劃分
通常對於所有的輻射建模都要進行陰影檢測，除非確定在 radiation request 中沒有互相遮攔的單元。
為進行陰影檢測，tmg 根據所選擇的單元體系，對每乙個單元進行子劃分。子劃分越細，計算精度越高，但計算時間也越長。
視角係數之和
根據定義，完整的封閉腔體中，任何表面的黑體視角係數之和等於 1。對部分遮擋的表面的近似處理使得視角係數之和略偏離 1。小於 10％ 的誤差可以接受。
計算過程中，視角係數之和的資訊列於 msgf.dat 檔案中。要得到完整的列表，可瀏覽報告檔案 repf
誤差判據是在 radiation request 中設定的，每個單元的視角係數之和的計算值與理論值 1 之間的最大誤差。
如果設定了誤差判據，tmg 將檢測模型，估算每個單元的子劃分程度，直到滿足誤差判據的要求。
如果網格劃分過於粗糙，即使子劃分達到最細的程度，有些單元的視角係數之和仍可能低於設定值。當最小的視角係數之和低於 80％ 時，會出現警告資訊，但繼續計算。
輻射要求表單及誤差判據的設定：
固定子劃分 (fixed subdivision)
也可以指定 tmg 必須進行的子劃分等級 (如獲得最精確的視角係數計算)。有三種設定單元子劃分等級的方法：
1. 全域性的 (globle) - 在 radiation control 中指定；
2. 在每個 radiation request 中指定；
3. 對每乙個太陽光譜熱源 (輻射加熱或太陽能加熱)。
可以利用更高階別的單元子劃分引數對特定單元中心計算視角係數以提高精度。也可以在一些輻射要求中設定子劃分引數，而在另一些輻射要求中設定誤差判據。
輻射控制表單
輻射傳熱
tmg 中提供了兩種用黑體視角係數計算輻射換熱矩陣的方法： oppenheim (澳本海姆)方法和 gebhardt (哥本哈特)方法。
1. oppenheim 方法的方程體系較 gebhardt 方法的易於求解，且可以對隨溫度變化的發射率建模，這是推薦使用的方法 (預設)。
2. 兩種方法均考慮封閉腔體中反射的影響。
oppenheim (澳本海姆) 輻射演算法
oppenheim (澳本海姆) 輻射演算法設計將表面之間的輻射換熱描述成由表面輻射勢方程匯出的項的網路：
1. 每個表面單元可以從父單元轉殖 (可為這些單元設定偏移標籤)，並通過下面的傳導項與父單元耦合：
2. 新的表面單元之間用黑體視角係數建立耦合；
3. 當發射率隨溫度變化時需要用 oppenheim 方法建模；
4. 必須指定如何處理視角係數殘值。
選擇 oppenheim 方法時必須指定如何處理視角係數殘值：
gebhardt (哥本哈特) 方法
gebhardt (哥本哈特) 方法基於灰體視角係數的概念。"灰"體均勻的反射所有波長的能量：
1. 灰體視角係數是離開單元 i 的漫射輻射 (發射或反射) 能量最終被單元 j 吸收的部分。包括由所有其它單元反射的輻射。
2. 灰體視角係數也遵守求和定律：
i-deas tmg 培訓資料 (7) - htbbzzg - htbbzzg的部落格
3. 乙個單元對自己的灰體視角係數不等於零，因為它發出的部分輻射被反射回來再次吸收。
4. 可以為小的輻射傳導項設定乙個下限。
5. 必須指定如何處理視角係數殘值。
選擇 gebhardt 方法時必須指定如何處理視角係數殘值：I Deas TMG 培訓資料 25
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