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Fluent辐射传热模型（DO模型）

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发表时间：2025-09-16 09:42

1. 概述

Fluent辐射模型包含Rosseland、P1、S2S、DO、MC多种模型，本文仅对DO模型设置进行介绍，包含DO模型设置、引起材料参数的补充、区域条件的控制、壁面辐射的设置几个方面，通过本文的介绍，对DO辐射模型可以有个全面的了解。

2. DO辐射模型

应用范围

Discrete Ordinates（DO）辐射模型可应用于所有光学厚度范围以内，应用范围较广，计算精度高，计算计算消耗相对较大。

辐射模型选择

依次选择Model->Radiation->Discrete Ordinates（DO），界面弹出DO辐射模型参数设置对话框。

Angular Discretization设置
Angular Discretization设置位置与需要设置的参数如下图所示。
Theta Divisions与Phi Divisions：用于离散角空间的每个八分体的控制角的数量，默认数值为2，相对较粗糙，对于大多数问题默认数值是能满足精度要求的。增大数值计算结果精度更高，计算代价将更大。一般推荐不超过5
Theta Pixels与Phi Pixels：用于控制像素化，默认数值为1。对于涉及灰色漫反射辐射的问题，默认数值通常就足够了。对于涉及对称性、周期性、镜面反射或半透明边界的问题，建议使用3，这样可以获得更加准确的计算结果。

Non-Gray Model设置

如果要使用DO模型对非灰体辐射进行建模，可以更改Number of Bands数量，进行参数设置。默认参数为0，表明仅对灰色辐射进行建模。

Iteration Parameters

此参数控制辐射迭代的频率，默认为10，表示每进行10次迭代计算进行一次辐射迭代计算，此数值越小，辐射能量迭代的频率越高，计算精度越大，计算量增加，计算效率降低。

DO/Energy Coupling

对于光学厚度大于10的模型，在计算时需要启用DO/Energy Coupling模型。以便耦合每个单元的能量和湍流方程。该方法加速了辐射传热的收敛，可用于灰色或非灰色辐射模型。

至此，DO辐射传热模型设置完成，设置内容不是很多，部分参数在确实不知道应该取多少时，可以采用参数无关性的方法进行试算，找到相对误差较小的参数进行参数标定。

在DO辐射模型辐射模型设置完成后，需要对材料属性和边界条件进行相应的修改。

3. 材料属性补充

在定义了DO辐射模型以后，需要在材料中补充Absorption Coefficient、Scattering Coefficient、Scattering Phase Function、Refractive Indes四个参数。

Absorption Coefficient（吸收系数）：因为介质吸收而导致辐射强度在精度单位长度截止后改变的量。如图所示吸收系数为831，表示吸收所有的辐射强度需要1/831m的距离。

Scattering Coefficient（散射系数）：因为介质散射而导致辐射强度在精度单位长度截止后改变的量。空气作为流体介质时，一般设置为0，不考虑散射。

Scattering Phase Function（散射相函数）：默认为isoprotic，表示各向同性。

Refractive Indes（折射率）：介质中的光速与真空中的光速之比。如果是空气，默认为1。一般对于具有方向性的辐射源问题，比如LED发光或激光等光学传热问题，辐射在经过水以及玻璃等透明介质时，需要设置该参数。一般情况，热辐射在计算域中时往各个方向辐射的，各项同性，没有方向性，该参数设为1即可。

以上材料属性需要根据不同材料的进行设置，我们可以通过论文、参考案例等进行数据获取。

4. 区域设置

定义DO辐射模型后，需要在Cell Zone Conditions对各区域进行是否进行辐射计算进行控制。

在区域设置中，新增了一个“Participates In Radiation”复选项。勾选此选项表示当前区域参数辐射计算，不勾选此选项表示不对当前区域进行辐射计算。是否勾选此选项，最直接的评估方法是判断当前是否透光，若透光需要勾选，不透光不需要进行勾选。

5.壁面设置

定义DO辐射模型后，需要对壁面辐射模型进行针对性的设置。

壁面分为两种，一种为内部面（包含一个shadow面），另外一种是外壁面（计算的边界面）。

内部面

内部面在定义辐射选项卡的时候，需要根据壁面的特性（是否透光）选择BC Type，其中Opaque为不透明壁面，sem-transparent为半透光壁面。当选择sem-transparent时，需要定义扩散系数。内部壁面和shadow面都需要定义扩散系数，这两个扩散系数含义有区别。下面以镜片和空气的壁面进行举例说明。

左图的扩散系数表示空气向镜片散射，扩散系数为0.5；右图的扩散系数表示镜片向空气散射，扩散系数为0.5。两个扩散系数不一定相同，需要根据实际情况进行设置。