辐射模型| 真空辐照灯Flow Simulation仿真案例

辐射表面传热研究

1. 引言

在航天工程与材料科学领域中，常利用真空腔室中的卤素灯模拟太阳辐照，构建“空间热环境实验室”。该方法可在地面环境中预测航天器的热性能，识别并优化潜在的热设计缺陷。

仿真手段与实验相结合，可实现设计的持续优化。通过对比实测温度数据与仿真预测结果，可进行反向诊断，分析偏差来源，如接触热阻、材料属性或边界条件设置等。本案例基于此类问题，介绍如何使用 Flow Simulation 进行辐射热传递仿真分析。

说明：本案例为教学用简化模型，旨在演示软件功能与分析方法，不针对具体实际应用。

2. 模型描述

模型包括真空腔体、卤素灯管、玻璃视窗及测试件。辐照灯模拟热源，测试件接收辐射热，玻璃视窗作为透光部件。

3. 仿真设置

3.1 项目名称与单位系统

• • 创建新项目，自定义项目名称。
• • 单位系统使用默认设置。

3.2 分析类型与物理模型

• • 分析类型选择“外部分析”，模拟真空环境。
• • 启用“热传导”与“辐射”选项。
• • 辐射模型选择离散传递模型（Discrete Transfer Method）。

辐射模型选择依据：

建议：若不明确，优先使用离散坐标模型；若为真空或强阴影/聚焦问题，则选用离散传递模型。

3.3 材料设置

• • 默认固体材料：不锈钢 321。
• • 玻璃视窗材料设置为“玻璃”，并设定为“透明（仅辐射）”，表示其对辐射完全透明。

3.4 壁面条件

• • 默认壁面设置为“无辐射表面”，即不参与辐射传热。

3.5 热源设置

• • 使用表面热源，施加于灯管表面。
• • 更精确建模建议使用体积热源模拟灯丝发热。

3.6 辐射表面设定

• • 将罩壳内表面与测试件表面分别设置为黑体与白体，以模拟理想辐射吸收与反射。
• • 注：实际应用中应使用材料真实发射率数据，本案例为教学目的进行理想化设置。

3.7 目标与网格设置

• • 设置表面目标，监测灯管与测试件的温度最小值、平均值与最大值。
• • 对测试件表面与灯管周围区域进行局部网格加密，细化等级分别为 4 和 5。

4. 求解与后处理

• • 运行仿真计算，获取温度分布结果。
• • 插入表面图，显示测试件温度分布云图。
• 

5. 参数化分析与比较

通过建立不同配置，研究照射距离对测试件温度均匀性及极值的影响：

• • irradition lamp：默认距离 500 mm
• • irradition lamp2：距离 800 mm
• • irradition lamp3：距离 1000 mm

使用比较功能分析不同距离下的温度分布差异，评估设计参数对热性能的影响。

6. 结论

本案例演示了在真空环境中使用 Flow Simulation 进行辐射热传递仿真的完整流程，包括模型设置、辐射模型选择、材料与边界条件定义、网格优化及后处理分析。该方法适用于航天器热控系统、材料热试验等领域的初步设计与趋势分析。