ANSYS Workbench在太阳能电池板吸热分析中的应用

摘要：本分析使用ANSYS Workbench模拟了太阳能电池板在热辐射作用下的吸热过程，得到了太阳能电池板的温度分布和热流量。

关键字：仿真；热分析；ANSYS Workbench；太阳能电池板

分析视频教程将在2023年3月23日19:30在技术邻进行直播，欢迎前来观看以及和作者讨论。

本教程使用了ANSYS 2023和ANSYS2022，两个版本在本教程范围内操作完全相同。

1.打开ANSYS Workbench，建立Steady State Thermal Analysis。

2.定义材料属性，大多数太阳能电池板是用硅制成的，太阳能电池板的材料使用silicon，球的材料为structural steel作为热源。

3.导入模型，模型如图1所示

4.给几何模型赋予属性。

5.给小球赋予10000w/m2的internal heat generation，模拟生成热的物体。在小球面和太阳能电池板的顶面定义surface to surface radiation，使热量通过辐射从球面传递到太阳能电池板，emissivity设置为0.7。环境温度使用默认的22℃。

6.在辐射问题中，使用sub step有助于求解的收敛。在Details of Analysis Settings中打开自动时间步长Auto Time Stepping，Define By设置为Substeps，初始时间步（Initial Substeps）、最小时间步（Minimum Substeps）和最大时间步（Maximum substeps）分别设置为25，10，100。

7. 使用线性网格划分网格，进行求解。显示heat flux和太阳能电池板的温度分布。

将Element Order调为线性Linear，板的上面尺寸设置为0.1m。为板添加MultiZone的划分方法method，Src/Trg Selection选择Manual Source，选择版的上下面为Source，Sweep Element Size为0.035m，将板划分为2层。给小球添加0.025m的网格尺寸。

添加Total Heat Flux，使用Vector显示，由于下面的箭头太小显示不出来，因此将Proportional改为Uniform，使所有箭头统一尺寸，便于观看。添加上板的温度，如下图所示：

添加上板的Total Heat Flux，如下图所示，热流从中间向外侧传输

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