یکی از مکانیزم های انتقال حرارت در انسیس فلوئنت شار تابشی یا تشعشع می باشد. مهمترین تفاوت انتقال حرارت تشعشعی یا تابشی با سایر روش ها، عدم نیاز آن به محیط مادی می باشد(تشعشع در خلا نیز انتقال می یابد). یکی از قابلیت های مهم نرم افزار انسیس فلوئنت، شبیه سازی تشعشع در انسیس فلوئنت می باشد با توجه به مدل های تشعشع در انسیس فلوئنت، در این مقاله به صورت مختصر به بررسی آن ها می پردازیم.
هرکدام از مدل های تشعشع در انسیس فلوئنت دارای معایب و مزایایی نسبت به یکدیگر بوده که آگاهی از آن کمک شایانی به نحوه درست شبیه سازی تشعشع در انسیس فلوئنت می کند. مدلهای تشعشعی در انسیس فلوئنت به شرح زیر می باشند:
1. مدل تشعشع سطح به سطح - Surface to Surface
2. مدل تشعشع P1
3. مدل تشعشع Rosseland
4. مدل تشعشع انتقال گسسته ( discrete transfer radiation model ( DTRM
5. مدل تابش Discrete Ordinate ( DO )
6. مدل تشعشع Monte Carlo
هر کدام از مدلهای مذکور دارای هزینه محاسباتی و فرضیات متفاوت میباشد که آگاهی از آنها برای انجام یک شبیه سازی صحیح در نرم افزار انسیس الزامی است.
یکی از ساده ترین مدل های تشعشع در انسیس فلوئنت، مدل سطح به سطح یا S2S می باشد.در این مدل محیط فعال وجود ندارد به عبارتی دیگر زمانی که از مدل سطح به سطح برای شبیه سازی تشعشع در انسیس فلوئنت استفاده می شود زون-Zone در مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی شرکت نکرده و تنها سطح های مدل شده دارای شار تابشی هستند.
از جمله کاربردهای مدل تشعشع سطح به سطح - Surface to Surface میتوان به شبیه سازی جاذب های خورشیدی و سیستم های دفع حرارتی فضاپیماها اشاره کرد. دقت داشته باشید فرض استفاده از این مدل عدم استفاده از محیط فعال می باشد.
محیط فعال چیست ؟ به محیطی که در فرآیند انتقال حرارت تشعشی شرکت میکند، محیط فعال میگویند.
مدل تابشی P1 یکی دیگر از مدل های تشعشعی در انسیس فلوئنت است که کاربرد گسترده ای دارد. این مدل بر خلاف مدل سطح به سطح، دارای محیط فعال می باشد همچنین با استفاده از مدل P1، میتوان جسم غیر خاکستری Non-Gray Body را شبیه سازی کرد.
به منظور استفاده از این مدل کافی است در بخش مدل های تشعشعی انسیس فلوئنت مدل P1 را فعال کنید. با استفاده از مدل P1 میتوان شار تابشی برای جسم های غیر خاکستری را نیز شبیه سازی کرد.
مدل تشعشع روزلند Rosseland شباهت بسیار زیادی به مدل تشعشع P1 دارد. اما با توجه به این که در این مدل تنها معادله انرژی حل شده و معادله شار تابشی حل نمی شود، همگرایی به مراتب سریع تر در این مدل نسبت به مدل P1 اتفاق می افتد. با استفاده از مدل Rosseland نمیتوان از فرض تابش غیر خاکستری استفاده کرد. همچنین با استفاده از مدل Rosseland تمامی سطوح به صورت جسم سیاه یا Black Body در نظر گرفته میشود.
روش DO جزو بهترین مدل های شبیه سازی تشعشع در انسیس فلوئنت می باشد. در این روش همانند روش P1 میتوان تابش غیر خاکستری برای سطوح در نظر گرفت به علاوه در روش DO میتوان از شرط مرزی Semi-Transparent استفاده کرد. همچنین این روش برای تمامی ضخامت نوری معتبر بوده و میتوان در تمامی شبیه سازیهای تشعشع از آن استفاده کرد.
مدل DTRM در انسیس فلوئنت تنها زمانی قابل استفاده است که فلوئنت به صورت سریال باز شود به عبارت دیگر این مدل در حالت موازی نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. در روش شبیه سازی تشعشع DTRM در فلوئنت سطوح به صورت دیفیوز در نظر گرفته می شود. به منظور فعال سازی این مدل می بایست فلوئنت به صورت سریال (Serial) باز شود.
همانطور که مطالعه کردید برای شبیه سازی تشعشع در انسیس فلوئنت مدلهای مختلفی وجود دارد. بدین جهت برای انتخاب مدل تشعشی مناسب علاوه بر اگاهی کامل از مزایا و معایب هرکدام میبایست ضخامت اپتیکی یا optical Thickness را برای هر شبیه سازی محاسبه کرد و با توجه به این پارامتر بی بعد مدل تشعشعی مناسب را انتخاب کرد.
منبع : سایت CFD group
