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COMSOL软件中的热辐射案例学习

(2012-08-31 09:50:11)
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杂谈

  之前提过,热传递的方式主要有三种——传导、对流和辐射,在前一篇博客里描述了关于传导和对流的一个案例,这两天学习的是关于热辐射的一个案例。理论上说,一切高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度越高,辐射出的总能量就越大,并且它有一个很大的特点是可以在真空中传播,即不需要任何介质。在我们的生活中,热辐射的例子有很多,比如微波炉加热,家庭用的烤火炉,太阳辐射等。针对这些现实中的问题,很多时候我们需要知道在辐射过程中发生的一些物理变化情况,下面,我们利用COMSOL软件对此进行模拟。

  如下图所示,此模型中的几何体形状如下,它是由三个矩形(长度分别为3m,4m,5m)组成的一个三角形空腔,在软件中选择2D模型,由于它与时间无关,所以是一个稳态问题,模型中选用的物理场为固体热传递中的面对面辐射。画出以下的几何结构后,在固体传热的物理接口下药设定一些条件,具体为:结构中空腔处表面的辐射系数分别为ε1=0.4,ε2=0.6,ε3=0.8,边界条件的设定分别为:在底部矩形的下面边界处温度为T=300K,垂直矩形的右边界热通量为q2=2000W/m2,倾斜矩形的上边界处热通量为q3=1000W/m2

http://s5/middle/6cc1d6b1tc886091453d4&690

通过软件计算可得以下结果:

1 从图中可知,垂直矩形的温度最高(单位长度上的温度平均为641K),倾斜矩形的温度次之(单位长度上的温度平均为600K),水平矩形的温度最低(单位时间内单位长度上的热量为-11000J),这些值的大小与理论值非常接近。

http://s13/middle/6cc1d6b1tc8860ab694ac&690

 

2 下图是倾斜矩形上温度沿着内部边界的变化情况,从图中可以看出,温度的变化量最大为13K左右,对于整体温度的变化率较小,最低温度在左侧,最高温度在右侧,由于右侧靠近的是垂直矩形,它具有最高的向内热流量。

http://s2/middle/6cc1d6b1tc8860c528e21&690

 

3 下图是倾斜矩形上表面辐射量沿着内部边界的变化情况,这里的表面辐射量包括发散的热量和反射的热量两个方面。有图可见,右侧的辐射量最高,随着长度的增加,向左侧逐渐降低,并且可以看出辐射量在两个端点处变化较大。

http://s3/middle/6cc1d6b1tc8861132a032&690

 

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