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I-Deas TMG 培训资料 (7)  

2012-07-16 07:03:26|  分类: I-Deas TMG 资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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I-deas TMG - 辐射建模

 
概述
      在热分析中,辐射传热的精确处理经常是一个关键问题。I-deas TMG 可以在模型中处理辐射。
      以下将学习:
        1. TMG 中视角系数的计算;
        2. 如何修改辐射参数;
        3. 如何创建反侧;
        4. Oppenheim 和 Gebhardt 辐射传热计算方法;
        5. 如何模拟对环境的辐射。
 
辐射的一般流程
      处理辐射问题主要有三个方面:
        1.   创建辐射请求;
        2.   设置辐射项目,如辐射热、日照和轨道辐射、对环境的辐射,Articulation 等;
        3.   辐射控制设置。

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辐射建模
      前面说明了如何在主次单元间创建辐射热耦合,以及在面或边与周围环境间创建基于有限元的辐射边界条件。以下说明 TMG 的主要辐射功能,如何设置 TMG 以通过计算单元之间的视角系数来对辐射换热进行建模。
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TMG 采用的辐射理论
      TMG 的辐射模拟功能基于所有辐射单元之间的视角系数 (形状系数)。它利用这些系数和表面辐射性能来计算辐射传热。
      在 TMG 中只有表面单元 (壳体单元、具有非零周长的梁单元、具有非零面积的集中质量单元) 才有辐射能力。
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黑体视角系数
      黑体视角系数 F0 是由单元 i 发出的漫射辐射能量被单元 j 接受的份额。TMG 有两种方法计算表面之间的视角系数,TMG 决定最适用于当前模型的计算方法。
      两种方法分别是:
        1. 精确围线积分算法 (Exact Contour Intergral),快捷且精确,但只适用于相互没有遮拦的两个表面。
        2. 努塞尔特球技术 (Nusselt Sphere),利用单元的子划分处理有遮拦时的视角系数。              
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阴影检测
      阴影检测占用了视角系数计算的主要时间。对每一个单元对,必须对所有其它单元进行阴影检测。因此,如有 N 个单元,阴影检测次数会达到 N3 次。
      为使阴影检测的次数最少,可要求只计算可以相互看到的单元之间的视角系数,如封闭腔体。
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单元子划分
      通常对于所有的辐射建模都要进行阴影检测,除非确定在 Radiation Request 中没有互相遮拦的单元。
      为进行阴影检测,TMG 根据所选择的单元体系,对每一个单元进行子划分。子划分越细,计算精度越高,但计算时间也越长。
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视角系数之和
      根据定义,完整的封闭腔体中,任何表面的黑体视角系数之和等于 1。对部分遮挡的表面的近似处理使得视角系数之和略偏离 1。小于 10% 的误差可以接受。
      计算过程中,视角系数之和的信息列于 MSGF.dat 文件中。要得到完整的列表,可浏览报告文件 REPF
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误差判据 - Erroe Criterion
      误差判据是在 Radiation Request 中设置的,每个单元的视角系数之和的计算值与理论值 1 之间的最大误差。
      如果设定了误差判据,TMG 将检测模型,估算每个单元的子划分程度,直到满足误差判据的要求。
      如果网格划分过于粗糙,即使子划分达到最细的程度,有些单元的视角系数之和仍可能低于设定值。当最小的视角系数之和低于 80% 时,会出现警告信息,但继续计算。 
       
辐射要求表单及误差判据的设置:
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固定子划分 (Fixed Subdivision)

      也可以指定 TMG 必须进行的子划分等级 (如获得最精确的视角系数计算)。有三种设定单元子划分等级的方法:
        1. 全局的 (Globle) - 在 Radiation Control 中指定;
        2. 在每个 Radiation Request 中指定;
        3. 对每一个太阳光谱热源 (辐射加热或太阳能加热)。
      可以利用更高级别的单元子划分参数对特定单元中心计算视角系数以提高精度。也可以在一些辐射要求中设置子划分参数,而在另一些辐射要求中设置误差判据。
 
辐射控制表单
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辐射传热
      TMG 中提供了两种用黑体视角系数计算辐射换热矩阵的方法: Oppenheim (澳本海姆)方法和 Gebhardt (哥本哈特)方法。
      1. Oppenheim 方法的方程体系较 Gebhardt 方法的易于求解,且可以对随温度变化的发射率建模,这是推荐使用的方法 (默认)。
      2. 两种方法均考虑封闭腔体中反射的影响。
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Oppenheim (澳本海姆) 辐射算法
      Oppenheim (澳本海姆) 辐射算法设计将表面之间的辐射换热描述成由表面辐射势方程导出的项的网络:
      1. 每个表面单元可以从父单元克隆 (可为这些单元设置偏移标签),并通过下面的传导项与父单元耦合:
           {s A e / (1- e)}
      2. 新的表面单元之间用黑体视角系数创建耦合;
      3. 当发射率随温度变化时需要用 Oppenheim 方法建模;
      4. 必须指定如何处理视角系数残值。 
    选择 Oppenheim 方法时必须指定如何处理视角系数残值:
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Gebhardt (哥本哈特) 方法
      Gebhardt (哥本哈特) 方法基于灰体视角系数的概念。"灰"体均匀的反射所有波长的能量:
      1. 灰体视角系数是离开单元 i 的漫射辐射 (发射或反射) 能量最终被单元 j 吸收的部分。包括由所有其它单元反射的辐射。
      2. 灰体视角系数也遵守求和定律:
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      3. 一个单元对自己的灰体视角系数不等于零,因为它发出的部分辐射被反射回来再次吸收。
      4. 可以为小的辐射传导项设定一个下限。
      5. 必须指定如何处理视角系数残值。 
 
    选择 Gebhardt 方法时必须指定如何处理视角系数残值:
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