概述：

红外取暖灯的主要用途是产生热量，而非照明。红外取暖灯的能效相对较高，因为它们不会消耗太多电力。取暖灯的灯丝通过辐射散热，为房间及内部物体供暖。红外取暖灯多用于狭小空间，例如浴室。

目标：

学习并创建一个包含辐射效应的瞬态热分析。评估不同表面上的温度、热流密度和辐射能结果，并判断这些结果是否合理。检查视角因子是否等于1，并评估视角因子对结果的影响。

步骤：

1、创建一个瞬态热分析系统。

2、定义材料属性。在工程数据中，于热材料组下添加聚乙烯、瓷器、Ceramic5 和钨。创建以下材料并指定热属性。

表 1. 在工程数据中创建材料

3、导入几何模型。在本问题中，热源为取暖灯灯丝。灯泡几何结构被省略。为不同部件指定材料：

• • 灯丝 → 钨

  • 灯泡外壳 → 聚乙烯

  • 洗手池和马桶 → 瓷器

  • 地板 → Ceramic5

  • 墙壁 → 胶合板

  • 天花板与灯具之间的夹层 → 保温层

图 1. 浴室的剖切视图

4、划分网格。模型使用线性单元。网格尺寸设置如下：

• 天花板、墙壁和地板：0.08 m

• 保温层和灯罩：0.03 m

• 洗手池和马桶：0.04 m

• 钨灯丝：0.003 m

5、在“分析设置”中，设置仿真结束时间为 600 秒。打开“自动时间步长”，初始时间步长设为 5 秒，最大时间步长设为 100 秒。最小时间步长保持默认值。

6、设置模型的初始温度为 10 °C。

7、给灯丝赋予温度。灯丝温度可能极高。此处假设灯丝温度在 30 秒内从 10 °C 斜坡上升至 2200 °C，并在剩余时间内保持 2200 °C。确保“作用于：整个实体”处于激活状态。

8、对灯丝表面施加“辐射”边界条件。设置为“面到面”辐射。“发射率”设为 1。由于这是一个封闭腔体，此处腔体类型为“完美”。注意，腔体 ID 为 1。

图 2. 辐射定义

9、对灯罩暴露在外的表面施加“辐射”边界条件。灯罩由高反射材料制成，发射率较低。设置为“面到面”辐射，发射率设为 0.02。腔体类型为“完美”。确保腔体 ID 为 1，且所有对象位于同一腔体内。

10、对洗手池和马桶暴露在外的表面施加“辐射”边界条件。设置为“面到面”辐射，发射率设为 0.3。腔体类型为“完美”。确保腔体 ID 为 1。

11、对所有暴露的墙壁和天花板表面施加“辐射”边界条件。设置为“面到面”辐射，发射率设为 0.3。腔体类型为“完美”。确保腔体 ID 为 1。

12、对暴露的地板表面施加“辐射”边界条件。设置为“面到面”辐射。此处假设地板材料的发射率相对较高，发射率设为 0.9。腔体类型为“完美”。确保腔体 ID 为 1。

13、求解问题，追踪热收敛历史和解算器输出信息。

14、求解完成后，打开解算器输出信息，搜索“view factor”。检查高亮显示的前四行数值是否非常接近。“原始误差”应处于 1e-4 或更小的量级。

图 3. 解算器输出中的视角因子计算

15、插入温度结果，并选择不同部件来查看结果。我们可以更改图例范围，以最大化温度分布的可视化效果。

图 4. 温度分布（颜色标尺已调整）

16、请注意，洗手池下方的温度以及马桶侧面的温度明显低于地板的其余部分。这是因为热源到这些区域的视角因子较低，即灯丝无法直接“看到”这些区域。

17、为不同部件插入热流密度结果，以查看结果。

18、将所有辐射边界条件拖拽到“求解”中。评估不同表面上的热能量传递。

总结：

通过这个仿真示例，我们学习了如何为包含多个部件的完美封闭腔体模型定义辐射。此外，还展示了完美封闭腔体的视角因子必须等于1，并且视角因子在辐射传热中起着重要作用。热源的位置、物体的位置及几何形状都会影响热分析结果。更精细的网格和更高的半球分辨率（在“分析设置 > 辐射度控制”下设置）将产生更平滑的温度分布图，但我们采用当前设置是为了提供计算效率更高的求解方案。

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