热辐射在模型中的重要性

根据我的经验，辐射是最被低估的传热过程，并且经常被忽略，这可能会对热管理研究结果的准确性产生毁灭性影响。在这篇博客文章中，让我们看一下在涉及传热的任何模型以及何时可以跳过的模型中应考虑何时以及如何考虑辐射。

研究热过程

对于许多行业（例如微电子和航空航天）来说，对部分，设备或整个建筑物内的热过程进行调查是一项基本任务。当我们谈论热过程时，可能会发生三种主要机制：

1. 热传导
2. 热对流
3. 热辐射

这些过程中的每一个有多少有助于整体传热过程，取决于任务和操作条件。每个过程的比例也可能在时间和空间上有所不同。

根据我的个人经验，我发现模拟工程师完全意识到传导和对流，但有时他们倾向于低估辐射的作用。但是，有一些指标可以检查是否在特定模型中不应忽略辐射。

辐射何时重要？

问题不是是否存在热辐射（始终存在），而是其对整体传热预算的影响有多大。某些情况暗示辐射起着重要作用，必须考虑到模型的结果是正确的。

表面和环境温度之间的巨大差异

当问自己是否发挥重要作用时，这可能是最明显的情况。如果物体或设备表面上的温度很高，则会向环境发出许多热辐射。根据Stefan -Boltzmann法律，辐射输出，J^*，黑体随着温度的第四功率增加t（j^*〜t⁴）。如果与环境温度相比，温度很高，则会通过辐射从表面运输大量净能量。温度差异的一个例子是灯泡，灯丝在几秒钟内达到1772°C左右的温度，空气可以为25°C。

当辐射，传导和对流都考虑到灯泡内的温度分布。

大表面发射率（接近1）

表面的发射率ε是热辐射相对于理想黑体的比例。请注意，ε从0（无发射）到1（最大发射，对应于黑体）。发射率的值越接近1，辐射发射越大，因此总热传递的热辐射量也越大。灯泡也是大表面发射率的一个很好的例子，因为灯丝的发射率是优化的，接近1。

大型外部辐射

如果发生较大的外部辐射功率，则必须考虑到热通量的整体考虑。一个经典的例子是太阳辐射，它可以发挥主要作用独立设备或建筑物。

小传导和对流

如果通过传导和对流的传热非常小（例如，在空间或真空系统中），则总热通量中的热辐射百分比自然增加。一个每天的例子是一个房间，地板比天花板凉爽。由于这种温度分布，这种房间中的分层是稳定的，没有自然对流。传导也很小，因为空气是一个很好的绝缘体。然后，热辐射仍然是主要的运输机制。

短时间尺度

传导是一个缓慢的过程，对流的速度与移动流体的速度有关。与热辐射相比，这两种机制都在更长的时间尺度上发生，这是在光速下发生的。如果您在短时间内分析过程，则可能是辐射是唯一对传热影响的机制。

无论如何：测试它！

在许多情况下，很难事先量化整个过程中热辐射的比例。为了确保辐射是否起作用，我们应该通过进行和没有辐射的比较计算来检查。

让我们看看一个简单的示例，并使用comsol应用程序库中的教程模型：188金宝搏优惠母线模型。该模型包括传导和对流，但不考虑热辐射。我们可以通过添加一个地表到表面辐射接口和a用地表到表面辐射传热多物理节点将新接口与现有的接口连接固体中的传热界面。

热辐射的计算要求我们定义表面发射率的值，这必须从钛和铜模型的钛和铜文献中获取。对于测试，铜和钛的值设置为0.3。下图显示了没有辐射的模型之间的温度差与考虑到表面辐射的模型。差异约为8°C，这意味着辐射会显着影响结果。

无辐射的母线模型与具有地表到表面辐射的模型之间的比较。该图显示了两种建模方法之间所得的温度差约为8°C。

具有不同施加电压的参数扫描和铜的0.1（明亮金属）和0.7（重金属氧化金属）之间的不同发射率显示出更清晰的结果。根据表面发射率，ε和施加的电压的值，辐射的量可以轻松主导热传递，并绝对应考虑。特性也会在设备的寿命内发生变化，从而影响热交换器性能。这些变化的特征可以包括在模型中。在这种情况下，会发生母线的氧化，从而增加表面发射率，从而极大地影响性能。

母线（左）和最高母线温度（右）的总热传递中的热辐射百分比作为所施加电压的函数以及不同程度的表面氧化。

包起来

热辐射可以是主要的传热过程，如有疑问，我们应该始终检查辐射在模型结果的总体结果中是否起着重要作用。有一些标准可以检查这一点，如果仍然有疑问，比较计算也有帮助。如果要考虑热辐射，则ComsolMultiphysics®软件提供了正确的工具，可以适应各自的要求，以正确实188金宝搏优惠施热辐射。

通过单击下面的按钮，可以下载具有地表到表面辐射的母线模型。

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  • 建筑物的热管理
  • 电子设备的热管理
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