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。     

半透明梯度折射率介质内辐射熵传递方程及其数值模拟

在非相干辐射条件下,基于Planck光谱辐射熵强度定义,导出半透明梯度折射率介质内光谱辐射熵传递方程,以及局部辐射熵产率理论表达式.基于离散坐标法对辐射熵传递方程进行数值求解.以一维半透明梯度介质平板为例,对辐射熵方程及其算法进行验证.平板整体无因次辐射熵产的计算结果与宏观热力学定律的结果一致.     

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.     

二维变折射率介质辐射传递的近似模型

发展了二维梯度折射率介质热辐射传递求解的两种近似模型,线性折射率bar模型和混合bar模型.对于辐射能传递路径的求解,涉及到四个坐标系的转换:系统坐标系、网格坐标系、网格旋转坐标系和散射的当地坐标系.同时假设辐射能在每个网格内是在平面内传递.通过这两个模型的建立和新的假设条件,对于二维梯度折射率介质的热辐射传递求解的一系列问题均可较为容易地求解.     

二维散射性梯度折射率介质的表观辐射特性

通过采用线性折射率bar模型处理多维梯度折射率介质,本文研究了二维矩形半透明体的表观方向发射特性.考察了折射率分布、散射反照率、散射相函数等多种参数对二维梯度折射率介质表观发射的影响.提出类相干性的概念描述多维梯度折射率介质的辐射特性.     

一维梯度折射率介质光学特性的反演

在单个方波脉冲入射情况下,利用共轭梯度法对一维梯度折射率介质的折射率、吸收系数以及散射系数进行了反演.正问题采用间断有限元法求解,反问题的解则在正问题的基础上通过共轭梯度法得到.研究结果表明,利用单个方波脉冲入射情况下的时域半球反射率以及时域半球透射率作为测试值能够有效地反演一维梯度折射率介质的光学特性及其分布情况.     

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的??倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。     

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的"倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。     

高斯光束在任意分布的径向梯度折射率介质中传输的计算方法

根据弱波导近似,本文建立了处理高斯光束在任意分布的径向梯度折射率介质中传输的计算方法,并具体计算和讨论了高斯光束腰斑在沿径向呈抛物型分布的介质中随传输距离的变化情况,其数值结果与解析近似符合。     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

High-Precision Direct Method for the Radiative Transfer Problems

It is the main aim of this paper to investigate the numerical methods of the radiative transfer equation.Using the five-point formula to approximate the differential part and the Simpson formula to substitute for integral part respectively, a new high-precision numerical scheme, which has 4-order local truncation error, is obtained. Subsequently,a numerical example for radiative transfer equation is carried out, and the calculation results show that the new numerical scheme is more accurate.     

矩形介质内辐射换热的有限元法

利用有限单元法离散求解辐射传递方程和能量控制方程.分别计算了边界为黑体和灰体条件下矩形吸收、发射、各向同性散射介质内的平均入射强度和温度分布,并同蒙特卡罗法(M-C法)计算结果进行了比较.     

渐变折射率平板波导的逆分析转移矩阵方法

利用分析转移矩阵方法，可精确计算任意折射率分布光波导模式的有效折射率。在此基础上，推出了逆分析转移矩阵方法，根据实验测量的导模有效折射率来拟合光波导的折射率分布，取得了比逆WKB方法更为合理的结果。     

FGMs稳态热传导分析的重心Lagrange插值配点法

提出一种求解二维功能梯度材料（FGMs）稳态热传导问题的重心Lagrange插值配点法.基于Chebyshev节点构造二维重心Lagrange插值函数及其偏导数,然后基于配点法将其直接代入FGMs热传导问题的控制方程和边界条件,得到系统离散方程.重心Lagrange插值配点法是一种真正的无网格方法,很好地融合了重心Lagrange插值和配点格式的优势,具有高效、稳定、高精度和易于数值实现的优点.采用重心Lagrange插值配点法分别对指数型、二次型和三角型FGMs热传导问题进行数值模拟.结果表明：该方法具有较高的计算效率和计算精度,对材料梯度参数的变化不敏感.可以进一步拓展到FGMs瞬态问题和FGMs的热力耦合分析.     

New Experimental Data for the Validation of Radiative Heat Transfer

The numerical simulation of radiative heat transfer is now well established. Key ingredients in such a simulation model are calculated view factors that are used to describe the exchange of radiated energy between different surfaces. Several methods for the calculation of these geometrical factors are available, including Integration, Monte Carlo, and the Hemi-cube methods. Several analytical test cases are also available, such as the well-known “parallel plates” case, which allow modelers to validate their view factor routines. However, there is much less information available that combines both view factor information and heat transfer effects simultaneously.

This article describes the construction of a simple testing rig that allows experiments to be performed that combine view factor effects with measured heat transfer exchanged between surfaces only. The equipment has been used to consider simple cases, such as the parallel plates test case, and also cases where shadowing is important. The results of these experiments are presented as experimental benchmarking data for model users and developers.     

球谐函数法解点源辐射传输方程的P3近似及其在生物组织中的应用

辐射传输方程在球坐标下的P3近似是一个非线性微分方程组,其齐次解为球Bessel函数.需要将球Bessel函数分解为指数函数,才能用参数变异法求出它的特解.由于球Bessel函数在r=0的奇异性,无法利用Marshak和其它近似边界条件,因此直接利用能量守恒,和当介质的吸收系数比约化散射系数小得多时P3近似等于P1近似这个特点,确定全解中的常数.比较Monte Carolo模拟和P3近似理论的解析解发现,P3近似能处理约化散射系数与吸收系数之比介于2~10之间的生物组织.     

辐射传输中的相函数展开方法研究

从辐射传输方程中相函数的展开方法出发,分别介绍了δ-M展开法和δ-fit展开法,并对这两种相函数展开方法进行了比较。结果表明,在相函数展开中,当所取勒让德多项式的阶数相同时,δ-M法的图像始终在真实相函数附近波动,始终无法逼近真实的相函数的值,而δ-fit法符合较好。     

辐射输运菱形差分SN方程的扩散综合加速方法

讨论辐射输运菱形差分S_N方程的源迭代加速方法,在一维情形下给出与输运算子离散相容的线性多频灰体加速计算格式.数值算例表明该加速算法是健壮有效的.