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Strahlung

In vielen Problemstellungen spielt der Wärmetransport durch Strahlung eine wichtige Rolle. Bei hinreichend hohen Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen ist Strahlung sogar der alles dominierende Faktor für den gesamten Wärmehaushalt.

Beispiele für industrielle Anwendungen mit Strahlung sind:

Brennkammern
Öfen
Gebäudetechnik (HVAC)
Passagierkomfort
Brandsimulation
UV-Trockner und -Sterilisierer

Die Strahlungsmodelle in ANSYS CFX können sowohl graue als auch nicht-graue (frequenzabhängige) Strahlung berücksichtigen.

Berechnungsmethoden

Rosseland Modell

Das Rosseland Modell gilt für optisch dicke Medien. Es setzt voraus, dass die emittierte Strahlungsenergie schnell und vollständig vom Fluid absorbiert wird. Dies bedeutet, dass das Rosseland Modell streng genommen nicht in Wandnähe gilt. Dies Limitierung ist in ANSYS CFX durch spezielle Wandrandbedingungen aufgehoben. Das Rosseland Modell ist ausserordentlich schnell, da keine zusätzliche Transportgleichung gelöst wird.

P-1 Modell

Die P1 Methode (auch bekannt als Gibb’s Modell oder Spherical Harmonics) löst eine zusätzliche Transportgleichung für die Strahlung. Dieses Modell ist ebenfalls geeignet für optisch dichte Fluide.

Monte Carlo Modell

Das Monte Carlo Verfahren ist das genaueste und allgemeingültigste Strahlungsmodell in ANSYS CFX. Es simuliert die physikalische Wechselwirkung zwischen den Photonen und der Umgebung und ist sowohl für optisch dichte als auch transparente oder semi-transparente Medien (z.B. Glassscheiben) gültig. Phänomene wie z.B. spiegelnde oder diffuse Reflektion, Beugung und Brechung können in der Simulation berüchsichtigt werden.

Discrete Transfer Modell

Bei Fragestellungen mit einem relativ homogenen Strahlungsfeld kann die Discrete Transfer Methode verwendet werden. Dieses Verfahren ist eine Kombination aus einem flussbasierten Verfahren und einer modifizierten Monte Carlo Methode. Die Discrete Transfer Methode ist weniger allgemeingültig aber schneller als die Monte Carlo Methode.

Oberflächentemperatur auf einem Stahlband bei indirekter Heizung durch Strahlung. (mit freundlicher Genehmigung von Gaz de France)

CFX Simulation der Wärmestromdichten in einem Prozess-Wärmetauscher. Mit freundlicher Genehmigung von BP-Amoco.