灯具曲面设计中的光线追踪法

采用灯具曲面上一定区域内入射光通量分布比例与反射光通量分布比例对等的原则，确定出每一条入射光线所对应的反射光线方向，进而求出为实现该目的所需的切点（切线）。

折射光线的追踪作图法

根据折射定律 ,介绍了一种用追踪作图法求折射光线的方法。

基于光线追踪法的高精度CO_2测量系统的研究

为了提高测量精度，对光线的有效利用率和最佳光程的选择进行了推导和优化。首先应用光线追踪法模拟C02气室光路结构，计算光线的有效利用率；其次通过分析红外探测器接收到的光线，计算光程长对测量结果贡献率的影响，得出4．26μm波长下C02的最佳光程为31mm。据此设计了C02体积分数测量系统，并对2O×1O^-6～1500×10^-6范围内的标准气体进行了测量。实验结果表明，该系统的测量精度可达到50×10^-6。

基于GPU和均匀栅格法的光线追踪算法研究

由于GPU(图形处理器)性能的大幅提高和可编程性的发展,基于GPU的光线追踪算法逐渐成为研究热点。光线追踪算法需要的计算量大,基于此,分析了光线追踪算法的基本原理,在NVIDIA公司的CUDA(计算统一设备体系结构)环境下采用均匀栅格法作为加速结构实现了光线追踪算法。实验结果表明,该计算模式相对于传统基于CPU的光线追踪算法具有更快的整体运算速度,GPU适合处理高密度数据计算。

基于扫描线法和光线追踪法的三维真实图形合成

本文给出了一个三维真实图形合成系统,其中提供两个新算法——改进的扫描线算法和基于扫描线法和光线追踪法的算法.在这两个算法中,利用物体优先级、zn-buffer、相关性、bounding volume、环境分层分区、阴影技术、透明技术、纹理技术等来提高真实性并加快速度,且集消隐、光照模型、阴影、透明、纹理等为一体一起处理,使它们优于传统的算法.

基于蒙特卡洛算法的定日镜场的优化设计

针对定日镜场的优化设计问题,本文首先建立阴影挡光效率模型,结合蒙特卡洛与光线追踪法求解阴影遮挡效率;根据太阳高度角、太阳方位角求解余弦效率、法向直接辐射照度等,得出光学效率与定日镜场的输出热功率。其次,建立以单位面积定日镜输出热功率最大为目标的非线性目标规划模型。在给定相邻定日镜间距的范围内,求得定日镜场中每一圈层的定日镜数目与相邻定日镜的间距大小;采用Campo布置方法确定定日镜坐标,利用阴影挡光效率模型,当额定年平均输出热功率达到60 MW,求得吸收塔位置坐标(0, 0, 80),定日镜尺寸(宽 × 高)为(6 m × 6 m),安装高度为4 m,定日镜总数为2475面,定日镜场总面积为89,100 m2。利用Campo方法确定定日镜场中的定日镜排列方式,能够在简化定日镜场的条件下更为简单的求解定日镜的具体坐标。最后,保持额定功率不变,设计定日镜尺寸为(7 m × 7 m)、安装高度为4 m来达到更大单位面积输出热功率。

空气光学击穿的光线追踪模型

为了探讨激光与物质的相互作用规律,利用光线追踪法,建立了一种空气光学击穿模型,根据光线在网格中的传播路径信息,运用辐射输运方程,得到流场的功率密度分布,模拟了空气的光学击穿过程。针对透镜聚焦情形,使用不同的计算网格和光路对模型进行了验证,计算得到的空气击穿等离子体流场爆轰波的形成和演化过程,与实验结果基本一致。结果表明:当焦平面处的艾里斑半径比该处网格尺寸大得多时,模型对计算网格的依赖性比较小;击穿区域的温度必须高于14000K,否则不能沉积能量。

基于光线跟踪的公路隧道节能技术研究

针对公路隧道能源消耗大、电力资源浪费的问题,本文提出了一种基于光线跟踪的隧道节能方法。为最大限度地实现节能减排目标,本研究构建了公路隧道照明评价体系,从亮度和照度两方面进行考虑,采用数值仿真软件,对灯具不同布置点位的路面亮度及照度进行分析,得到其分布规律。研究结果表明:灯具布设位置在2.5m时,路面最大亮度可达4.17cd/m^(2),整体效果最好;配合光线在不同布设点位的整体照明效果存在差异,路面最大照度可达119lx。

定日镜场效率参数模型的研究

针对定日镜场相关效率参数问题,根据几何光学知识,计算出定日镜场中太阳高度角和方位角、每个定日镜与地面的倾角.采用光线追踪法,通过阴影遮挡效率、余弦效率、大气透射率集热器截断效率和镜面反射率构建光学效率参数模型,建立定日镜场的输出热功率的优化模型,在定日镜场达到额定功率的条件下,得出定日镜单位面积镜面平均输出热功率的优值.

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。

红外辐射测量系统内部杂散辐射建模与仿真

杂散辐射是影响光学系统性能的重要因素,对于红外光学系统,除了外部杂散辐射,还须考虑系统自身结构产生的内部杂散辐射。为提高红外辐射计内部杂散辐射分析的精度,建立了1种基于复合蒙特卡洛法的内部杂散辐射数学模型。首先,将红外辐射计的内部杂散辐射源根据位置分为2部分:遮光罩入瞳处的热辐射和辐射计内部光学元件、机械部分所发出的热辐射。对于遮光罩入瞳处和辐射计内部光机元件发出的杂散辐射,分别采用正向蒙特卡洛法和反向蒙特卡洛法进行追踪,得到探测器接收面入瞳处的杂散辐射辐照度分布,进而分析不同位置的发射源对接收面入瞳处的杂散辐射贡献。最后,与直接模拟仿真结果进行对比。实验结果表明,在追迹光线数相等的情况下,该方法的精度更高。仿真结果体现了红外辐射计各部分杂散辐射对探测器入瞳面接收到的杂散辐射造成的影响,对后期开展内部杂散辐射抑制提供了方向。

基于遗传算法的塔式光热电站功率优化

近年来,清洁能源的重视推动了太阳能光伏的广泛应用。定日镜场作为光热发电的关键设施,极大影响光照效率与能量产出。本研究聚焦塔式光热电站功率最大化,通过角度分析创建了光学效率与输出功率模型,并应用遗传算法求解,揭示了功率与定日镜尺寸的关联及吸收塔位置的影响。首要利用太阳高度角等参数建立模型,结合光线追踪法优化光学效率,计算得出了高效的数据指标。其次,在确认吸收塔中心位置提升整体输出后,构建了以最大功率为目标的优化模型,并借助遗传算法有效降低了计算复杂度,找出了最大输出功率对应的最优定日镜参数。最后,在新约束条件下形成了更全面的优化模型,求解得到了最大年均输出功率。

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程。聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热。模拟计算表明:模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性。光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低。在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大。

激光深熔焊中熔池-小孔的动态行为模拟

为了准确的模拟出激光深熔焊接中小孔的动态变化过程,根据小孔内激光的能量吸收机制,采用Particle Level Set方法和有限差分模型的光线追踪法来描述小孔对激光能量的吸收作用,建立了描述激光深熔焊接过程中熔池动态行为和小孔瞬态演化行为的三维数值模型。动态模型中考虑了菲涅耳吸收、蒸发潜热、凝固/熔化潜热和熔池内液态金属的耦合对流传热等物理因素,以及反冲压力、表面张力和热毛细力等力学因素的影响。通过对30Cr Mn Si A钢激光焊接过程的数值模拟,得到了动态焊接过程中小孔深度的变化规律和小孔的形貌特征、能量分布特征。研究表明,小孔动态演化过程可分为3个阶段:小孔深度线性增长阶段、振荡增长阶段和高频振荡阶段。不同阶段小孔的振荡方式和程度不同,进而造成小孔的形貌和孔壁的能量密度分布也不同。而小孔的振荡也是焊接不稳定性和缺陷形成的重要原因。

具有镜面反射和漫反射的CPC光学分析

对由镜面反射为主但是存在一定漫反射的复合抛物面聚光器 (CPC)反射面构成的集热器 ,在存在太阳散射情况下进行了光吸收性能的分析 ,比前人只考虑集热器镜面反射和太阳光直射更加接近实际情况。方法是在利用光线追踪法对CPC反射面的镜面反射进行分析的基础上 ,结合辐射度算法定量计算了CPC反射面的漫反射和太阳光的散射分量对集热器的光学性能的直接影响。并通过CPC集热器瞬时效率测试验证了理论的正确性。通过该理论 ,可以在更接近实际的情况下对CPC集热器进行光学设计和计算 。

DSG太阳能槽式集热器聚光特性模拟

在槽式集热器光学理论的基础上,以DSG太阳能槽式真空集热器为研究对象,建立DSG集热器模型,并运用蒙特卡罗光线追踪法进行辐射计算及分析.通过研究集热器几何聚光比和边界角对集热器吸热管表面圆周方向热流密度分布的影响,获取了集热器的聚光特性.结果表明:计算结果与文献数据吻合良好;随着几何聚光比的增大,吸热管表面圆周方向的热流密度分布趋势不变,数值相应增大;随着集热器边界角的减小,热流密度的最大值增大,热流密度的分布曲线向圆周角-90°方向偏移相应的角度.

激光光船聚焦性能研究

激光推进是一种由远距离传输的地基定向能提供推进能量的新概念.它具有高比冲、高推重比、低成本等显著特点,是一种急待研究且应用前景广阔的新型推进技术.如何解决光船飞行中,激光束偏离光船主轴而不能正常聚焦问题是激光推进中重要问题之一.主要针对抛物形光船,编写了光线追踪法(ray tracing method,RTM)的计算程序;研究了入射激光的光轴与光船主轴偏离时,反射光束的聚焦性能;得出了焦平面上激光束的能流分布、激光点火线、点火区形状和大小.这将作为激光推进过程流体动力学数值模拟和光船飞行轨迹研究的一个重要依据.

激光引致激波传播规律的数值研究

空气光学击穿的激波流场结构的研究是激光与物质相互作用研究领域中的重要组成部分。利用光线追踪法,采用解耦的辐射输运方程,数值求解含能量源项的流体控制方程,对空气光学击穿诱导激波的传播过程和随时间演化规律进行了研究。通过线形拟合,给出了激波传播的后期阶段激波半径随时间的变化关系。流场中的超压波形有几个峰值,由多列压缩-稀疏波组成,并且强度越来越弱。研究结果可为激光应用技术提供一定的理论支持。

在不锈钢上激光打孔的数值解析

介绍采用ＹＡＧ激光在不锈钢上打孔，对孔深、孔径、孔口喇叭状进行数值解析，其中对激光的强度采用光线追踪法，对激光的热传导采用有限差分法处理，且对数值解析的结果和实验加工的结果进行了比较。