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 问题背景在车灯热仿真中发现了一个很奇怪的问题开启了热辐射的频段设置后结果会出现很大的变化。此问题基于 DO 和 MC 热辐射模型均可发现。问题热辐射模型该选用哪个如何正确设置热辐射的频段此问题来自于某做车灯客户使用自建模的简化模型进行对比展示以及原因分析。2 模型测试2.1 测试模型概述测试模型如图所示外围为固体表面内部为相关零件。内部零件红色球体热源咖啡色实体铝制导热板粉红色实体PC聚碳酸酯塑料件紫色球面镀铝反射罩采用多面体网格单元总数 42.3 万。模型重点设置外部壁面20℃ 固定温度发射率 1.0热辐射所有频段设置相同球体热源70℃ 固定温度镀铝反射罩发射率 0.05理想镜面反射热辐射所有频段设置相同其他部件和空气接触面发射率 0.9理想漫反射热辐射所有频段设置相同空气理想气体并考虑重力的影响分成 6 个模型分别进行对比不同热辐射设置的结果差异DO 0DO 热辐射模型不分频段MC 0MC 热辐射模型不分频段DO 1DO 热辐射模型分频段MC 1MC 热辐射模型分频段DO 2DO 热辐射模型分频段MC 2MC 热辐射模型分频段DO 热辐射设置MC 热辐射设置其中频段设置如表所示DO 1MC 1DO 2MC 2频段 1单位um0 – 0.780 – 0.780 – 0.780 – 0.78频段 2单位um0.78 – 2.20.78 – 2.20.78 - 99990.78 - 9999Fluent 热辐射模型的频段设置中波长基于真空的光速计算。玻璃、液体等介质的光速和真空中的光速不一致实际波长会改变但是频率保持一致。2.2 对比结果各区域最高温度统计如表所示单位为 ℃仿真模型空气域铝制导热板PC 塑料件DO 069.6469.9066.67MC 069.6469.9066.67DO 169.7169.9468.00MC 169.7169.9468.01DO 269.6469.9066.67MC 269.6469.9066.66镀铝反射面的温度分布如图所示。从上至下分别为 DO 0MC 0DO 1MC 1DO 2MC 2 模型的结果。铝制导热板和热源的温度分布如图所示。从上至下分别为 DO 0MC 0DO 1MC 1DO 2MC 2 模型的结果。PC 塑料件的温度分布如图所示。从上至下分别为 DO 0MC 0DO 1MC 1DO 2MC 2 模型的结果。2.3 结果说明根据模型设置计算域温度范围 20 ℃ – 70 ℃。因此 PC 塑料件的 5 ℃ 温度差可视同为误差 10%。对于相同的辐射频段设置DO 和 MC 热辐射结果几乎一致验证了 DO 和 MC 在热辐射层面的结果一致性。以不分频段的 DO 0 和 MC 0 模型作为对比基准结果受制于频段的设置DO 1 和 MC 1 模型结果和基准模型差异较大DO 2 和 MC 2 模型结果和基准模型几乎一致3 原因分析3.1 软件算法若热辐射中开启了辐射频段设置则不计算频段外的热辐射。若频段设置不合理会导致辐射能量无法正确计算。若不分频段视同为频段范围 0 到无穷大。3.2 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Plancks 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分布比例值可统一使用如下公式计算$$\lambda \frac{b}{T}$$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。Percentileb (μm·K)0.01%9100.10%11101%144810%219520%267625.00%289830%311940%358241.80%367050%410760%474564.60%509970%559080%686490%937699%2288499.90%5161399.99%113374例如对于 300 K 的热辐射辐射峰值波长 9.66 μm2898 μm·K / 300 K1% 辐射能量的波长低于 4.83 μm1448 μm·K / 300 K10% 辐射能量的波长低于 7.32 μm2195 μm·K / 300 K50% 辐射能量的波长低于 13.69 μm4107 μm·K / 300 K90% 辐射能量的波长低于 31.25 μm9376 μm·K / 300 K99% 辐射能量的波长低于 76.28 μm22884 μm·K / 300 K