搜索輻射模型選擇
2017-01-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
模型選擇
對于某些問題,某個輻射模型可能比其它模型更適用。在確定使用何種輻射模型時,需要考慮的因素如下:
?? 光學深度:光學深度αL 是確定選擇輻射模型較好的指標。其中,L 為計算域大致的長度標尺。例如,對于燃燒室內(nèi)的流動, L
為燃燒室的直徑。如果光學深度》1,那么,最好的選擇是使用P-1 或Rosseland 輻射模型。P-1
模型一般都用于光學深度>1 情況。若光學深度>3,Rosseland
模型計算量更小而且更加有效。DTRM 和 DO
對于任何的光學深度都適用,但是,它們計算量也更大。因此,如果問題允許的話,應盡可能的選擇具有“光學深度限制”的P-1
或Rosseland 輻射模型。對于光學深度較小的問題,只有DTRM和 DO 模型時適用的。
?? 散射與發(fā)射:P-1, Rosseland 和 DO 模型考慮散射的影響,而DTRM 忽略此項。由于Rosseland
模型在壁面使用具有溫度滑移的邊界條件,所以,它對壁面的發(fā)射率(黑度)不敏感。
?? 只有P-1 和DO 模型考慮氣體與顆粒之間的輻射換熱(請參閱方程11.3-15)。
?? 半透明介質與鏡面邊界:只有DO 模型允許出現(xiàn)鏡面反射(全反射,例如鏡子)以及在半透明介質(例如玻璃)內(nèi)的輻射。
?? 非灰體輻射:只有DO 模型能夠允許用戶使用灰?guī)Ｐ陀嬎惴腔殷w輻射。
?? 局部熱源:對于具有局部熱源的問題,P-1 模型可能會過高估計輻射熱流。這種情況下,DO
模型可能會是最好的輻射計算方法,當然,如果具有足夠多的射線數(shù)目,DTRM 模型的計算結果也可以接受。
??
沒有輻射介質情況下的封閉腔體內(nèi)的輻射傳熱:表面輻射換熱模型(S2S)適用于這種情況。從原理上講,使用具有輻射介質的各種輻射模型也可以計算輻射表面間的換熱,但計算結果并非總是很好。
DTRM模型
離散傳播模型的跟蹤射線的定義:1)確定輻射面或輻射體 用戶在Cells Per Volume
Cluster and Faces Per Surface Cluster
區(qū)域的輸入將確定了輻射面和輻射體內(nèi)包含的計算單元數(shù)。缺省情況下,兩項均設定為1,因此表面束(輻射面)的數(shù)目就等于邊界面(單元)的數(shù)目;輻射體(輻射吸收單元體)的數(shù)目就等于計算域內(nèi)的單元總數(shù)。對于二維問題,這些數(shù)目是可以承受的,但對較大規(guī)模的問題,為了減少跟蹤射線的計算量,用戶需要減少輻射面與輻射體內(nèi)所包含的單元數(shù)目2)用戶在Theta
Divisions and Phi Divisions 區(qū)域的輸入將確定每個輻射面所跟蹤計算的射線束Theta Divisions
確定了表米上圍繞P 點,用于計算立體角的θ角方向的間隔數(shù)。立體角的設定基于的θ角的變化范圍為0 ~
90度(圖11.3.2),其缺省設置為2,這表示從此表面發(fā)出的射線間隔角度為45度 ( θ角方向)。Phi Divisions
確定了表米上圍繞P 點,用于計算立體角的φ角方向的間隔數(shù)。立體角的設定基于的θ角的變化范圍為2D 0~180
度和3D 0~360度,其缺省設置為2,這表示從此表面發(fā)出的射線間隔角度為2D 90度 (
φ角方向)。此設定與上述的θ角的缺省設置一起表明了在每個輻射面將會跟蹤4 條射線(2D)。需要注意的是,對于3D
情況,若要達到上述的相同精度,Phi Divisions 的設定需為4。多數(shù)情況下,推薦用戶至少把θ和φ角的設定數(shù)目加倍
S2S模型
在FLUENT計算角系數(shù):1)控制表面束 用戶在Faces Per Surface Cluster
下的輸入將決定輻射面的數(shù)量。缺省情況下,其值為1。因此,表面束的數(shù)目將等于邊界面(單元)的數(shù)目。對于2D
問題,這個數(shù)量是可接受的。對于大規(guī)模問題,用戶可能會希望減少表面束的數(shù)目。從而減少角系數(shù)文件的大小和對內(nèi)存的需求。2)障礙面
對于有阻礙面的情況,在View Factor and Cluster Parameters 面板中的Surfaces
選項下選定Blocking;對于非阻礙面,用戶既可以選擇Blocking也可以選擇Nonblocking,而這都不影響計算精度。但是,這種情況下最好是選擇Non-blocking,3)選擇(角系數(shù))光順(Smoothing)方法為了強制使角系數(shù)遵從倒易關系和守恒特性,可以對角系數(shù)矩陣實行光順處理。為了使用最小二乘法來光順角系數(shù)矩陣,在View
Factor and Cluster Parameters 面板中的Smoothing 選項下選定Least
Square。若不想對角系數(shù)矩陣進行光順處理,可以在Smoothing選項下選定None。4)選擇角系數(shù)計算方法
若要使用自適應方法來計算角系數(shù),在View Factor and Cluster Parameters 面板中選擇Adaptive
選項。對于簡單的幾何模型,推薦使用自適應方法,因為對于此類幾何體,自適應方法比單位球法要快。若要使用單位球法計算角系數(shù),在View
Factor and Cluster Parameters panel 面板中選定Hemicube
選項。對于大型復雜幾何體,推薦使用此方法。這是因為對于此類幾何體,單位球法的計算速度更快。
DO模型
DO 模型的離散角度設定:。對于2D 情況,(因為對稱)FLUENT 只求解四個象限。這樣,總共是求解4NφNθ個方向;對于3D
情況,求解8 個象限,因而求解方向為8NφNθ。缺省情況下,Theta Divisions 和 Phi Divisions
的數(shù)目均為2。對于多數(shù)實際問題,這個設置是足夠的。更細的空間離散角的劃分可以更好的求解出較小的幾何特征或者是溫度在空間的強烈不均勻性。但是Theta
Divisions 和 Phi Divisions 數(shù)目大這意味著加大計算代價。Theta Pixels 和Phi Pixels
可以用來確定象點。對于漫灰輻射,
1×1的缺省象點設置是足夠的。對于具有對稱面、周期性條件、(輻射)鏡面或者是半透明邊界,推薦使用3×3的象點設置。單應該注意到的是,增加象點數(shù)目將加大計算量。
DO 模型的非灰體輻射 當Number Of
Bands 被設定非0 時,Radiation Model 面板會再次擴展以顯示出Wavelength Intervals
項(圖11.3.14)。用戶可以對每個波長帶設定名稱(Name),同時設定波帶的開始與結束波長(Start and End,單位為μm
)。需要注意的是,波帶的設定是基于真空的( n=1 )。在對于具有不等于1 的折射率n 的實際介質波帶,FLUENT
將自動考慮介質折射率對波帶的影響。
例如,對于某種玻璃,其具有某個吸收系數(shù)的間斷點,間斷點對應的波長為λc 。當λ≤λc時,吸收系數(shù)為1a1 ;
當λ>λc 時。吸收系數(shù)為a2。玻璃的折射率為ng
。由于穿越半透明界面時,nλ為常數(shù),對于n=1的介質其等效間斷點對應的波長為ngλc,此種情況下,用戶應設定兩個波帶(極值),分別為0→ngλc
和ngλc → 100
。這里,為了確保整個輻射光譜處于波帶之內(nèi),上界波長已設定為較大的數(shù)值100。當存在多種介質時,用戶應該將所有的間斷點波長轉化為介質n=1中對應的波長,并確定相應的波長界限。
DO 模型的漫射壁面邊界條件 diffuse
fraction=1
DO 模型的鏡面邊界條件 diffuse fraction=0
DO 模型的半透明邊界條件 diffuse fraction=0~1
- Discrete Transfer Radiation Model (DTRM)
- P-1模型
- The Rosseland Model
- Discrete Ordinates (DO) Model
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