漫反射与非漫反射表面间的辐射传递系数快速计算

针对蒙特卡洛方法计算目标表面间辐射传递系数耗时过长的问题,提出了一种计算漫反射灰体与非漫反射灰体表面间辐射传递系数的快速方法。首先,利用蒙特卡洛方法在漫反射表面生成发射光束集并进行射线追踪,计算漫反射表面对目标表面的辐射传递系数;然后,在非漫反射表面生成发射光束并进行射线追踪,如果射线在多次反射过程中击中任意漫反射表面,则利用反射光束的漫反射特性,直接调用漫反射表面的辐射传递系数对反射能量进行分配,并停止射线追踪。对正六面体模型内表面(两个漫反射面元、四个镜反射面元)的辐射传递系数进行仿真,结果表明,当表面反射率ρ=0.4时,镜反射表面的辐射传递系数计算时间仅为蒙特卡洛方法的1/3;ρ=0.8时,相应的计算时间占比低于1/10,并且保持良好的计算精度。理论推导并分析了影响该方法计算速度的模型参数,结果表明:表面反射率越高,系统中漫反射表面占比越大,快速方法中单束光线的平均追踪次数较蒙特卡洛方法越少,非漫反射表面的辐射传递系数计算优势越明显。

单元表面间辐射传递系数的新型计算方法

通过对辐射能量传递过程的分解,建立辐射传递系数与角系数之间的关系,提出了一种计算具有漫反射辐射界面特性的单元表面之间辐射传递系数的新型计算方法。该方法分离了单元表面辐射特性和几何特性对辐射传递系数的影响。分别采用新方法和蒙特卡洛法计算了立方体内部单元表面之间的辐射传递系数,并且从理论上对两种计算方法的耗时性和计算精度进行了分析比较。结果表明,相对于蒙特卡洛法,该方法所需的计算时间更少,而且不随单元表面吸收率的变化而变化;在计算精度上,该方法相对于蒙特卡洛法具有更高计算精度。

诱饵球镜面反射内壁的辐射传递系数计算

针对内表面具备镜面反射特性的空间诱饵球,基于蒙特卡罗方法建立漫发射模型,推导光线的最大反射次数,利用光线在球腔的传播特性求解光线与球壁的多次反射交点,计算球面微元吸收的光束能量,获取不同反射率情况下单一球面微元对全部球面微元的辐射传递系数。计算结果表明,单一微元对球面各微元的辐射传递系数中存在2个峰值,分别为微元对其自身的辐射传递系数,以及微元对其球对称微元的辐射传递系数。随着反射率的增大,微元对其自身的辐射传递系数逐渐接近于微元对其球对称微元的辐射传递系数;当反射率接近于1时,两者的值近似相等。

封闭腔不透明表面辐射传递系数统计分析

基于蒙特卡罗法定义封闭腔内不透明表面辐射换热的辐射传递系数,并与角系数、哥布哈特系数进行比较,发现其在反映综合考虑表面材料物性以及空间几何位置的能量传输特性过程中更具有通用性。统计分析辐射传递系数概率分布和置信度水平,推导封闭腔内辐射传递系数的平均相对和绝对误差公式,为用蒙特卡罗法求解辐射换热中所确定的计算精度和计算工作量提供了参考依据。

灰体球内表面的辐射传递系数

针对内表面为灰体的球形目标,分析了发射微元的辐射能量在球腔内的多次反射过程,利用角系数公式计算了各次能量交换过程中每个微元吸收、反射的能量,推导了灰体球内表面微元间的辐射传递系数理论计算公式.同时,利用蒙特卡洛方法计算了不同发射率条件下,发射微元对各球面微元间的辐射传递系数.理论推导结果表明,当灰体球内表面各微元的发射率相同时,微元间的辐射传递系数等于微元间的辐射角系数,与表面发射率无关.蒙特卡洛方法在不同发射率条件下的数值计算结果验证了理论公式的正确性.

封闭腔内复杂条件对辐射传递系数影响的数学模型与数值模拟

文章基于蒙特卡罗-射线踪迹方法,建立某航天器部件封闭腔内表面间辐射传递系数的数学模型,数值模拟求解理想表面间的辐射传递系数一角系数和在不同表面反射率和镜漫反射比例系数条件下的辐射传递系数,分析表面反射特性和空间几何条件对其影响。计算结果表明:辐射传递系数的计算方法和结果是可靠的,各表面之间的辐射传递完全符合能量守恒定律;辐射传递系数能够考虑表面之间的空间几何位置、多次反射和辐射界面特性等综合影响因素,真实地反映了理想和非理想表面间的辐射能量传递。

基于蒙特卡罗法辐射传递系数的统计分析

文章基于蒙特卡罗方法定义了表面热辐射换热辐射传递系数的表达式,确定其概率分布和置信度水平并进行统计分析。推导封闭腔内辐射传递系数的相对和绝对误差公式,为求解辐射传递系数所需追踪射线数量提供参考依据。

三维灰体辐射传递系数蒙特卡罗的GPU计算

为了计算漫反射灰体表面之间的辐射传递系数,建立了三维灰立方体模型,在所建立的三维立体空间内表面选取发射表面,利用蒙特卡罗方法生成发射光线,并对光线进行光线追踪,计算发射表面与其他表面之间的辐射传递系数。针对基于蒙特卡罗法计算三维灰体表面之间辐射传递系数时耗时过长的问题,进行了基于显卡GPU实现蒙特卡罗并行计算的研究。利用统一编程架构CUDA对蒙特卡罗法进行了编程实现,采用CUDA随机数发生算法并行处理了求解辐射传递系数中的光线追踪过程,实现了计算辐射传递系数的并行方案。实验结果表明,相对于CPU串行计算方法,基于CUDA架构的并行蒙特卡罗法求解辐射传递系数可以取得高达80倍的计算加速比。

基于可达辐射能的目标表面辐射传递系数计算方法

为了便于在红外成像仿真中对目标表面温度场进行计算,提出了一种基于可达辐射能的目标表面辐射传递系数计算方法。分别用公式法、蒙特卡洛法和可达辐射能计算法计算了两两垂直表面和两两平行表面模型间的辐射传递系数,并进行了仿真验证。结果表明,该可达辐射能计算方法在确保计算精度满足要求的同时,在计算效率上相对于公式法和蒙特卡洛法都有较大提高。

弹头包络目标辐射传递系数的蒙特卡洛计算

为了计算镜面反射的气球内表面和漫反射的导弹弹头外表面之间的辐射传递系数,建立了包络目标的面元剖分模型。然后,选取发射面元,利用蒙特卡洛方法生成发射光线并对光线进行路径追踪,获取线面碰撞发生时的面元吸热和光线反射信息,计算发射面元与全体面元之间的辐射传递系数,并在完全灰体条件下验证了方法的正确性。气球镜面反射率ρs=0.9、弹头漫发射率εc=0.8时的计算结果表明:气球内表面的某发射面元(面元中心天顶角55°、方位角55°)对气球全体面元的辐射传递系数存在两个明显的峰值,对弹头表面存在一个峰值区域;弹头表面的某发射面元(面元中心方位角55°,母线长度1.68m)对气球内表面和弹头表面各存在一个辐射传递系数峰值区域。

周期热作用下房间辐射传递函数实验研究

为了更加准确地计算大空间分层空调辐射转移负荷,本文通过壁面对流辐射分离的实验方法获得房间在周期热作用下,变房间换气次数和变壁面发热量时的辐射得热和辐射负荷,并采用最小二乘法求得房间辐射传递函数系数。采用传递函数法也可求得辐射负荷,对比分析两种方法获得的辐射负荷与热平衡实验辐射负荷结果,前者采用对流辐射分离实验方法获得的辐射负荷与热平衡实验结果比较,完整周期内平均相对误差7.4%,而后者传递函数法计算获得的辐射负荷在完整周期内各工况平均相对误差为10.5%。上述结果表明,两种变参数条件下,辐射传递函数受壁面热流与换气次数变化的影响均可忽略,且房间各壁面辐射负荷变化规律相似,其中加热面对立面的辐射负荷最大,且其在完整周期内的辐射负荷均值随壁面热流增加呈非线性增加,随换气次数增加近似线性降低,进一步验证了通过实验获得房间辐射传递函数方法的可行性,为大空间辐射转移负荷的研究奠定了实验基础。

空间辐射散热器含液滴介质的辐射特性和辐射传热

本文从米氏电磁散射理论出发， 计算了含液滴介质的辐射特性。考察了各向同性散射能量传递份额的再分配， 导出了吸收、发射、各向同性散射介质的辐射传递系数。计算了空间辐射散热器液滴层瞬态辐射换热， 经与文献 ［４， ５］ 的比较表明， 本文所导出的辐射传递系数计算方法正确， 精度高。用计算机辅助实验， 分析液滴发生器产生粒子的大小、粒径分布对瞬态辐射换热的影响， 可减少空间辐射散热器设计过程中的实验次数。

双向蒙特卡罗法模拟参与性介质中的辐射换热

双向蒙特卡罗法继承了正向蒙特卡罗法和反向蒙特卡罗法两种方法的优势,不仅可以解决各种各向异性散射问题,还能简易直接地解决辐射能量的方向性和定位置问题。为了验证双向蒙特卡罗法模拟热辐射传递,与文献中其它方法计算结果进行了比较。最后,利用双向蒙特卡罗法模拟计算圆柱形参与性介质中的辐射换热。

基于MC法的塔式炉内辐射换热计算与分析

应用蒙特卡罗法建立了辐射透明介质中多个不透明表面间的辐射传热模型,应用该模型对塔式炉内辐射换热的分析得出:在塔式炉辐射管加热段的传热模型中,炉墙、相邻行程带钢对带温的影响值得考虑;带宽方向上带温分布不均匀,一方面是炉温分布不均造成的,另一方面是辐射换热参数沿带宽方向上的分布特点导致的,且后者的影响在带温与炉温差别较大时更为显著;由于塔式炉炉膛结构的影响,带宽方向上均匀的炉温分布同样改变不了带温分布的不均匀性。

非均匀介质红外辐射传输模型

本文建立镜反射不透明表面下,非均匀光学物性纯吸收性介质内的红外辐射传输模型。红外辐射在折射率连续变化的介质内沿曲线传输。将非均匀介质沿厚度方向离散成n个物性均匀的等温微层,每个微层内辐射沿直线传播,光滑曲线传输路径即离散成首尾相连的折线系列。采用多层辐射传输模型,利用射线踪迹法建立非均匀介质内的红外辐射传输模型。在多层模型中,相邻两微层间的界面引入折射/全反射判据,避免了界面处的积分奇异现象和原本不存在的界面反射现象。

蒙特卡洛方法在辐射换热计算中的应用

随着电子计算机的不断发展,蒙特卡洛方法的实际应用也越来越广,现已被用于辐射传热的计算.《蒙特卡洛方法在辐射换热计算中的应用》一文对该研究领域作了详细介绍.

建筑物温度场理论建模研究及逐时计算

建筑物温度场计算是目标红外图像理论建模的基础,本文研究了建筑物外表面温度场理论模型的建立,探讨了蒙特卡罗法在求解建筑物表面辐射传递系数中的应用,文中以哈尔滨市最高建筑物华融大厦为对象,逐时、逐季节计算了其辐射传递系数及温度场分布,阐述了模型的合理性。

发射特性对线性各向异性散射介质内瞬态温度分布的影响(英文)

考虑各向异性散射介质内的辐射传递方向 ,本文考察了辐射能的重新分配过程。利用射线踪迹法结合Hottel和 Sarofim区域法推导了辐射传递系数 (RTCs)。考虑一维各向异性参与性半透明灰介质。两边界表面为镜反射 ,一个表面半透明 ,另一个表面不透明。辐射传递系数用于计算辐射热源项。瞬态能量方程由全隐式控制容积法求解。外界辐射加热与对流冷却同时作用于边界表面。考虑四个线性散射相函数。以各向同性散射情况比较 ,研究不透明边界两侧发射特性和线性散射相函数对瞬态温度分布的影响。结果表明 ,各向异性散射与各向同性散射介质间的相对温度差异与散射不对称参数近似成正比。

太阳模拟器复杂构型卫星稳态温度场的数值模拟

文章基于蒙特卡罗-区域分解法,建立太阳模拟器内复杂几何构型卫星稳态温度场数学模型;利用数值模拟求解卫星表面太阳辐照面积、红外和太阳辐射传递系数,得到不同辐照条件下卫星的温度分布; 分析太阳辐照的非均匀性和不稳定性对温度分布的影响。计算结果表明:蒙特卡罗-区域分解法对于太阳模拟器模拟空间外热流的仿真研究是一种非常有效的方法;太阳辐照非均匀性对温度分布的影响大于不稳定性所产生的影响。

漫反射各向异性散射介质内的温度热流场

本文采用射线踪迹结合节点分析法和谱带模型,研究了漫反射不透明边界下吸收、发射、各向异性散射介质内的热辐射传递过程。考虑介质辐射能的入射和散射方向,导出漫反射、不透明边界、各向异性散射介质的辐射传递系数。在辐射平衡的情况下,考察了表面发射率和散射反照率对介质内辐射热流和温度场的影响。研究表明,介质不透明边界处存在温度跃迁现象,而且,内界面发射率越大,相应界面温度跃迁越小。