梯度折射率介质瞬态辐射-导热耦合传热

多维辐射-导热耦合传热问题有广泛的应用背景。本文采用有限元法对辐射传递方程的离散坐标形式进行离散,并采用有限元法求解瞬态辐射-导热耦合能量方程,研究二维方腔半透明参与性梯度折射率介质内瞬态耦合传热,考虑第一类热边界条件,分析了折射率分布、衰减系数、散射反照率及散射相函数对对瞬态耦合传热的影响。结果表明,梯度折射率对瞬态耦合传热影响显著。     

多维梯度折射率介质内辐射传递的扩散近似

推导多维梯度折射率介质内稳态辐射传递的扩散近似方程.使用有限元法对扩散近似进行离散和求解,利用两个二维半透明介质的稳态辐射传递问题验证该扩散近似的精度及适用性.算例考虑介质为均匀折射率及梯度折射率两种情况.利用扩散近似分别求解辐射平衡时的边界热流、介质内温度场分布,并与辐射传递方程的求解结果进行对比分析.结果表明:介质折射率变化、散射特性、光学厚度及散射反照率均直接影响扩散近似的精度;在光学厚及强散射条件下,该扩散近似可以作为一种快速算法应用于梯度折射率介质稳态辐射传递的求解.     

散射性介质瞬态矢量辐射传输的蒙特卡洛模拟

瞬态效应和偏振特性对于短脉冲激光在散射性介质中的传输有重要影响。本文采用蒙特卡洛法来求解一维散射性介质内的瞬态偏振辐射传输问题。采用拒绝法确定光束的散射方向。定义了瞬态矢量辐射传输矩阵(TVRTM)来描述瞬态偏振辐射的传输特性,并以此得到了Stokes矢量的角度与时间分布。在蒙特卡洛模型中采用时间平移和叠加原理,可大幅度提高计算精度和计算效率。     

地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析

矢量辐射传输方程定量描述了辐射在地表-大气耦合介质中的传输过程,是定量遥感的基础.在处理辐射和离散介质相互作用时,如何处理多次散射、辐射偏振效应和耦合地表模型是研究的重点,直接影响定量化遥感反演的精度.文中基于逐次散射近似法求解了矢量辐射传输方程,求解过程中耦合典型地表的非偏双向反射（BRDF）模型和偏振双面反射（BPDF）模型.采用相对误差因子定量分析了地表双向反射效应和大气偏振效应对天基矢量辐射的影响.为进一步研究地表-大气耦合介质系统的偏振特性及地表大气参数的定量遥感反演提供理论支持. 关键词： 矢量辐射传输方程 逐次散射近似 定量遥感 偏振遥感     

非规则形状介质内辐射-导热耦合传热的间断有限元求解

采用间断有限元法(discontinuous finite element method,DFEM)求解非规则形状介质内的辐射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热问题的高精度数值结果.和传统连续型有限元方法不同,DFEM将计算区域划分成相互独立的离散单元,形函数的构造、未知量的加权近似以及控制方程的求解均在每一个离散单元上进行.通过在单元之间施加迎风格式的数值通量,DFEM保证了整个计算区域的连续性,因此这种方法兼具良好的几何灵活性和局部守恒性.推导了辐射传输方程和能量扩散方程的射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热的高精度数值结果.     

多孔介质预混燃烧中辐射属性影响的敏感性分析

建立了惰性多孔介质中预混合燃烧的数学模型,采用辐射传递的有限体积法求解固相能量方程中的辐射源项,研究多孔介质热辐射在燃烧系统中的作用,考察辐射属性(吸收系数和散射反照率)对轴向温度场和辐射热流量影响的敏感性。研究表明,辐射属性参数波动对预测结果影响明显,固体热辐射在多孔介质预混燃烧中的影响不可忽略。     

辐射传输介质散射相函数的蒙特卡洛算法

复分散系相函数在辐射介质传热中是关键参数,蒙特卡洛法兼具数值算法与试验测量的优点.利用该方法计算复分散系的多重散射相函数克服了以往算法的缺点,可以体现多重散射的影响,并且可以计算任意形状控制体的相函数.大量的数学实验发现当介质系密度增大时,散射能量在4π空间内分布趋于均匀.     

间断有限元法求解一维矢量辐射传输

采用间断有限元法(Discontinuous finite element method,DFEM)求解一维散射性介质内矢量辐射传输问题。推导了散射性介质内矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,空间离散采用间断有限元离散将求解域划分为相互独立的单元,角度离散在传统的均匀分段光滑近似(Piecewise Constant Approximation,PCA)角度离散基础上进行局部加密以得到关键方向上的数值解。采用两个稳态矢量辐射传输算例对间断有限元法求解矢量辐射传输方程的正确性和计算效率进行了验证,在此基础上拓展间断有限元法应用于求解散射性介质内瞬态矢量辐射传输方程,将随着时间推移过程中的瞬态辐射信息和最终的稳态结果相比较验证了本文方法的正确性。     

模拟短脉冲激光在介质中传输的扩散综合有限元法

建立有限元模型,通过求解瞬态辐射传输方程模拟短脉冲激光在半透明介质中的传输.针对散射占优性半透明介质内辐射传输求解效率较差的问题,采用扩散综合加速迭代算法,提高计算效率,缩短计算时间.结果表明:采用精确解析式描述脉冲激光散射源项的求解策略可以获得准确的计算结果,精确地模拟快速变化的波前,不会产生数值扩散和数值振荡.此外,扩散综合迭代算法的计算时间仅为源项迭代的50%~60%.     

开口/封闭薄壳体声辐射和散射的统一边界积分方程解法

推导了在二维和三维空间下开口和封闭薄壳体在任意阻抗边界条件下声辐射和散射的统一边界积分方程.相对于以前的求解方法,该方程求解声辐射和散射问题具有相同的影响矩阵,能够同时求解薄壳体气动和振动噪声的辐射和散射现象,以及分析壳体声阻抗对声波传播的影响.推导的方程可以应用于叶轮机械、管道等噪声和消声器消声性能的预测等方面.在此方程基础上,可以进一步考虑运动边界和运动介质对声辐射和散射的影响. 关键词： 薄壳体 声阻抗 积分方程 边界元方法     

一维瞬态辐射传输的有限元法模拟

随着超短脉冲激光的快速发展,吸收散射性介质内的瞬态辐射传输引起了人们的广泛关注.本文基于离散坐标法和最小二乘有限元法(LSFEM),提出了模拟多维吸收散射性介质内瞬态辐射传输的数值模型.该模型有效地克服了在标准Galerkin有限元法(GFEM)中发生的伪振荡现象,在时间步长较大的情况下仍然可以得到光滑无振荡的解.而且,最小二乘法产生的求解系数矩阵是对称正定的,与GFEM中的系数矩阵相比,仅需要存储一半的非零系数,可以应用许多高效的迭代求解方法进行求解.为了检验模型,本文研究了一维吸收散射性介质内瞬态辐射传输问题,其结果与蒙特卡洛法(MCM)和积分模型法(IE)的结果进行了比较,结果证实:本文的方法可以精确、高效地模拟参与性介质内的瞬态辐射传输.     

分层介质中金属栅的平面波散射

求解无损介质中金属栅的平面波散射,对于了解应用在Cassegrain天线系统上的栅抛物面和栅极化扭转反射器的特性有实际价值。 过去多半是求解均匀介质中(如空气中)金属栅的散射问题。实际上,总是把金属栅放在低损耗的介质层中。本文给出了分层介质中金属栅对平面波的散射场;给出了当     

定热流加热管湍流入口段的耦合热流分析

对圆管内物性随温度变化的吸收-各向同性散射介质的湍流入口段,数值研究了定热流加热下辐射与湍流正在发展流耦合换热的稳态热流特征．采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解辐射换热;根据耦合换热温度场,采用等权抽样的蒙特卡罗法计算辐射热流。通过模拟计算,给出了介质内的耦合换热辐射热流与导热热流分布。通过分析介质光学厚度、散射反照率、壁面黑度对热流的影响,得出一些有价值的结论．     

BRDF表面对一维梯度折射率介质内辐射传热影响

辐射计算中的漫反射或镜反射假设并不足以完整地描述实际表面的特性.本文首次将BRDF、表面引入辐射传热分析。使用Minnaert模型模拟BRDF表面,通过遗传算法得到模型参数.用DRESOR法和逆蒙特卡洛法求解了含BRDF表面的-维梯度折射率介质中的辐射传热问题。计算结果显示了DRESOR法和逆蒙特卡洛法的准确性。虽然BRDF表面和相应的漫反射表面对应的温度偏差仅为±1.5%,但辐射热流偏差高达±10.5%,这足以引起很大的分析误差,实际辐射热分析中应引起重视。     

各向异性介质辐射特性参数联合反演

本文基于BP神经网络方法结合蒙特卡洛和BEER定律辐射传输模拟方法建立了联合反演各向异性散射介质的辐射特性参数模型。首先采用半球透射率结合半球反射率反演模型反演了各向同性介质的吸收系数和散射系数,在此基础上增加准直透射率,建立了联合反演各向异性介质的吸收系数、散射系数和散射不对称因子三参数联合反演模型。反演结果表明该模型能准确反演出介质辐射特性参数,具有实用意义。此外,为了检验测量误差对模型的反演准确性的影响,分别在不同程度测量误差情况下进行反演,结果显示测量误差对散射不对称因子反演值影响较大。     

基于频域辐射传输模型的光学成像研究

本文以超短脉冲激光照射参与性介质的光学成像为研究背景,分别构建了短脉冲激光在参与性介质内的频域辐射传输正问题模型和根据边界探测所得频域信号重建介质内部光学参数的逆问题模型。在瞬态辐射传输方程的基础上,利用傅里叶变换得到频域辐射传输方程,采用有限体积法求解频域传输方程,模拟超短脉冲激光在二维参与性介质内传输的过程,得到介质边界的出射频域辐射信号。选取共轭梯度法作为反演算法,采用伴随差分模型求解目标函数梯度,重建了二维非均匀参与性介质内不同位置内含物的光学参数分布。结果表明,基于频域辐射传输方程的伴随差分模型能够较为准确地反演多维参与性介质内的光学参数。     

DRESOR法对瞬态辐射传递问题的研究

用基于蒙特卡洛法(Monte Carlo Method,MCM)的DRESOR法(Distributions of Ratios of Energy Scattered by the medium Or Reflected by the boundary surface)求解入射辐射经过介质散射、壁面反射传递后辐射强度随时间变化的瞬态辐射传递方程(Transient RadiativeTransfer Equation,TRTE)问题。通过在系统内计算一单位瞬态入射辐射对介质的DRESOR数分布,就能计算任意时间内入射辐射在系统内时间响应特性,这样有效提高数值方法处理瞬态辐射问题的通用性。并且能够获得高方向分辨率的辐射强度随时间变化的结果,这是目前大多数数值处理方法比较难做到的,显示出了DRESOR法处理瞬态入射辐射问题的能力．     

求解辐射传递方程的离散坐标法

阐述了含吸收散射性介质三维空腔内辐射传递方程的离散坐标解法。讨论了入射散射项积分格式的选取,以及假散射和射线效应对解精度的影响。对三维矩形炉膛内辐射传递过程进行了数值模拟,并与区域法和离散传递法进行比较。比较结果表明离散坐标法具有较好的精度,是目前燃烧室内辐射传热过程数值模拟的一种较好的方法。     

方腔散射辐射与自然对流耦合传热的数值模拟

本文在自主软件GTEA基础上,针对封闭方腔内参与性介质的辐射与自然对流耦合换热进行模拟,计算结果与文献中经典算例结果吻合较好。并分析了普朗克数和介质散射反照率的变化对方腔内温度和速度的影响,结果表明:随着普朗克数的减小,增强了辐射换热的影响;考虑各向同性散射介质时,随着散射反照率的减小,中心处的温度有所增大,靠近绝热壁面处,速度U的变化更剧烈。     

配置点谱方法求解一维圆柱梯度折射率介质中的辐射传热

发展一种配置点谱方法，计算包含半透明各向异性散射介质的圆柱系统中的辐射传热.介质具有梯度折射率，并且散射反照率随空间位置变化.通过与精确解或其他方法的结果对比，验证配置点谱方法的准确性.结果表明：配置点谱方法仅采用少量的节点数就可以得到准确的辐射热流量.