Fluent 热辐射频谱设置问题小结

注意事项：文档基于2026R1版本编写，其他版本可能有细节差异。

1 热辐射频段设置

1.1 问题背景

在某些热辐射问题中，需要考虑频段的差异性。例如选择性辐射材料，在不同辐射频段下，有不一样的发射率。

选择性辐射材料实例：香港红磡体育馆屋顶涂层（图源：prnewswire.com）

Fluent 热辐射模型中的波长，是基于真空中的光速进行计算。辐射在不同介质中（如空气、水、玻璃等），频率不改变，波长会缩短。

介质中的波长和真空中的波长，计算关系为：

上式中，n 为材料的折射率。

在边界条件设置中，可针对不同的频段，分别设置各自的发射率、漫反射比例、辐射通量值等。

材料的折射率、吸收系数可设置为随频段变化。散射系数和散射相函数无法直接设置为随频段变化。

1.3 注意事项

2 频谱范围估算

热辐射在所有频率都有能量分布，其分布状况称为能谱。辐射的总能量，为能谱曲线从 0 到无穷大 波长的积分。能谱曲线具体形式可通过普朗克定律（Planck's Law）计算。

能谱曲线示意图（图源：维基百 科）

能谱曲线特点：

• 能谱呈现山峰形状，绝大多数能量集中在特定的波长范围内
• 温度越高，能谱的峰值越高，且峰值向短波长方向移动
• 温度越高，能量在特定波长范围内的集中度越高
• 短波的能量减少快，长波的能量减少慢

能谱的能量在各个波长的分布比例值，可统一使用如下公式计算：

不同能量比例，其对应的 b 取值如表所示。表中的百分比指，此比例的辐射能量，波长低于对应 b 取值计算的波长。 

其中，25% 分位，其对应的波长为能谱峰值波长。

表格数据源：维基 百科（https://en.wik pedia.org/wiki/Planck%27s_law）

例如，对于 300 K 的热辐射：

• 辐射峰值波长 9.66 μm（2898 μm·K / 300 K）
• 1% 辐射能量的波长低于 4.83 μm（1448 μm·K / 300 K）
• 10% 辐射能量的波长低于 7.32 μm（2195 μm·K / 300 K）
• 50% 辐射能量的波长低于 13.69 μm（4107 μm·K / 300 K）
• 90% 辐射能量的波长低于 31.25 μm（9376 μm·K / 300 K）
• 99% 辐射能量的波长低于 76.28 μm（22884 μm·K / 300 K）