蒙特卡洛法、离散传递法中的假散射与射线效应

本文构造了激光平行入射二维半透明介质的物理模型,研究了蒙特卡洛法、离散传递法中的假散射。通过分析 边界净热流研究了蒙特卡洛法、离散传递法中的射线效应。计算分析表明:蒙特卡洛法、离散传递法不存在假散射。蒙特 卡洛法不存在射线效应,离散传递法存在射线效应。在离散传递法中,随着射线数的增加,射线效应逐渐减少。

用改进的射线踪迹法分析含漫射表面的半透明体表观光谱发射特性

通过反向应用射线踪迹法并与漫反射表面的有效辐射强度相结合来分析含漫射表面半透明体的表观光谱发射特性。漫反射表面的有效辐射强度通过迭代离散区域的能量平衡方程并结合反向应用射线踪迹法进行求解。将该方法与半透明大平板表观发射率的解析解及圆盘状半透明体表观发射率的蒙特卡洛方法数值解进行了比较，并用该方法对圆盘状半透明体的表观发射进行了分析。

用蒙特卡罗方法求解航天器的有效太阳辐照面积

文章利用蒙特卡罗射线踪迹方法,建立复杂几何构型航天器在遭受太阳辐照下辐照面积的数学模型,对KFTA小太阳模拟器内太阳光入射条件下的航天器辐照面积进行数值模拟,解决了温度场求解中太阳对航天器表面直接投射的关键问题。计算结果表明：此方法提出了求解太阳入射辐射的新思路,将原来复杂的解析过程简化为几个概率模型。

分层介质目标电磁散射计算的快速射线追踪方法

针对利用射线追踪方法计算分层介质目标散射时由于海量射线导致的资源和效率瓶颈问题,提出了改进的蒙特卡洛法和自适应射线细分法,实现对超电大分层介质目标高频电磁散射的快速计算.改进的蒙特卡洛法基于射线在介质分界面上反射和折射的能量分布,将射线分裂等效为按照特定概率发生反射或折射,射线追踪过程中射线数保持不变,而自适应射线细分法通过选择稀疏的初始射线,并根据目标结构和材质的变化自动细分加密,在保证计算精度的同时最大程度降低射线数.仿真试验与参考结果对比验证了本文方法的精确和高效,并分析了两种方法的优缺点,给出了适用范围以及在实际工程应用中的建议.

半透明吸收、散射性介质内辐射传递系数的新型计算方法

为考虑半透明吸收、散射性介质内各向同性散射对辐射能量传递过程的影响,通过对辐射能量传递过程的分解,提出了一种基于辐射能量传递过程分解的射线踪迹法,该计算方法无需引入预设控制精度参数。经与其他计算方法的比较表明,该新型计算方法正确,计算精度高、计算时间短,可以用于研究介质内辐射能量传递过程的研究。

束参量对X射线照射量的影响

用蒙特卡洛方法来讨论束参量（半径、发射度和能量）对韧致辐射照射量的影响。结果表明，当束击靶半径一定时，靶正前方一米处的照射量Ｘ＿１随发射度增加而减小；当发射度一定时，照射量先随半径增加而急速增加，在束半径大于Ｒ＿（ｂｍ）后，随半径进一步的增加而缓慢降低。也研究了束参量对照射量角分布的影响。因为使用了电子束的Ｋ－Ｖ分布，所得Ｘ＿１值是偏于保守的。

用射线踪迹法解黑表面矩形介质耦合换热

本文用射线踪迹-节点分析法研究了二维黑体表面矩形、各向同性散射半透明介质内辐射与导热瞬态耦合换热。采用全隐格式的有限差分法离散二维瞬态微分能量方程,用辐射传递系数来表示辐射源项,结合谱带模型并采用射线踪迹法求解辐射传递系数。采用Patankar线性化方法将辐射源项及不透明边界条件线性化,并采用附加源项法处理边界条件,运用ADI方法求解名以上的线性化方程组,从而解得二维矩形介质内的瞬态温度分布。

多碟聚集器聚集太阳能热流分布特性研究

基于坐标转换,建立了多碟式太阳能聚集器的光路传输物理模型。采用蒙特卡洛射线踪迹法(MCRTM)对其太阳能聚集特性进行模拟分析。考虑了表面光学误差、跟踪误差以及结构尺寸等因素对吸热器太阳能热流分布的影响。计算结果表明,该多碟聚集器的有效聚光面积为11.317m2,焦平面中心区域的最大聚光比接近7000,吸热器尺寸对其热流分布有重要影响。所得结论有助于认识多碟聚集器的太阳能聚集性能。

太阳能腔式吸热器光热转换特性及其在油田上的应用

以油田规模化利用太阳能为背景,建立基于蒙特卡洛射线踪迹法的腔式吸热器光热转换物理模型和数学模型,通过数值模拟计算腔式吸热器的热流密度分布特性,设计一种新型太阳能腔式吸热器,结合油田应用对太阳能腔式吸热器出口水温进行计算.结果表明,新型太阳能腔式吸热器的热流密度分布基本呈正态分布,在太阳辐射强度为1 100W/m2,最大辐射热流为0.22MW/m2时,系统实际聚光比为200,吸热器出口水温为50.2℃,能够满足油田应用需求.

漫反射下多层参与性介质内的耦合换热

用控制容积法结合射线踪迹法研究了辐射与对流边界条件下 ,三层参与性介质复合层内的瞬态耦合换热 .吸收、发射性复合层的两侧表面及内部各层间的交界面均为半透明漫反射 .采用射线踪迹法建立了一层和二层辐射传递模型 ;通过跟踪辐射能量 ,导出三层参与性介质内的辐射传递系数 .将辐射源项用辐射传递系数表示 ,应用Patankar方法将辐射源项式线性化 ,采用三对角阵算法求解线性化方程组即可得瞬态温度场 .考察了对流换热系数、吸收系数对三层复合层瞬态耦合换热的影响 .

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。

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。

反射式高倍聚光光伏“光漏斗”匀光技术理论与实验研究

在聚光器和接收器之间加入“光漏斗”匀光器来实现砷化镓(GaAs)电池表面能流密度的均匀分布。根据蒙特卡洛射线法和照射在接收器表面能流密度相同的原理,设计“光漏斗”匀光器。聚光器开口半径为1600 mm,焦距为1700 mm,Tracepro仿真结果显示接收器表面能流密度的均匀度为98.51%,实验显示均匀度为95.05%,仿真值与实验值相近。根据GaAs电池输出电量最大化来确定电池芯片的布置范围,仿真结果得到在半径为36 mm内布置电池芯片,与实验值39 mm相近。

基于γ射线扫描透射法的输油管道油垢测厚方法

输油管道内壁油垢厚度的测量对于保障输油管道安全运行具有重要意义。基于γ射线透射原理并结合扫描技术,对输油管道的含油垢厚度进行测量。使用Cs-137γ射线源和NaI探测器搭建了一套输油管道油垢测厚装置,并利用蒙特卡洛计算软件MCNP对其进行数值模拟分析。以直径为100 mm、壁厚为5 mm、含10 mm厚油垢的中小型输油管道为例,用准直的γ射线束分别对空管道和含油垢空管道进行扫描,分析能量为0.662 Me V的γ射线透射率。结果表明:γ射线扫描透射法能够测量管道厚度和油垢厚度。相关研究成果可为提高管道的输油能力提供技术支持。

多功能太阳炉光路聚集传输设计与实验测量

设计制造一种由抛物面聚集器、百叶窗和反射板组成的成本低、功率可调节多功能太阳炉装置。通过建立太阳炉光束聚集传输模型,对太阳炉的光热转换性能进行了理论分析和朗伯靶红外温度成像实验测量。结果表明该多功能太阳具有良好的太阳能聚集与调节特性,太阳光斑能流密度值随百叶窗叶片张角正弦变化。实验表明朗伯靶上太阳光斑中心处热平衡温度达到140℃,光斑轮廊形状稳定。结论对太阳炉系统的研究发展提供重要参考依据。

飞行器红外辐射计算及图像生成技术研究

飞行器红外成像的关键技术是将接收的红外辐射能量转换为可见的灰度图像。基于飞行器红外辐射特性和红外传感器的成像原理,提出了一种利用射线跟踪(Raytracing)结合反向蒙特卡洛法(RMC)的飞行器目标红外辐射图像生成技术的实现方法。首先利用三维建模软件建立飞行器的几何模型,并利用商业软件ICEM对模型进行网格划分,然后基于流体力学基本守恒定律——N-S方程组的基本原理,利用Fluent软件对飞行器外流场进行数值模拟,获得飞行器的温度场分布,最后利用反向蒙特卡洛法对射线的辐射传递过程进行概率模拟计算,利用MODTRAN进行了大气传输衰减的透过率计算,利用射线跟踪技术获得了飞行器的红外辐射图像。

一种大聚光比聚集太阳能流密度分布的红外反射测量法

为测量大聚光比聚集太阳能流密度分布,提出了一种基于红外热像仪和水冷朗伯靶的红外反射测量方法,并设计、研制了测量装置。在十六碟聚集器平台上,用该方法获得了清晰的聚集太阳能流分布红外图像。然后考虑太阳光锥、跟踪误差和面型误差,采用蒙特卡罗射线踪迹法对该十六碟聚集器的聚集能流密度进行数值模拟。通过对比实验结果与数值结果,明确该十六碟聚集器的面型误差为2.5mrad。为测量大聚光比聚集能流密度分布和评价聚集器面型误差参数提供参考依据。

石英窗口太阳能吸热腔热转换特性研究

建立了具有石英窗口的太阳能高温吸热器的能量传递与转换模型，采用谱带辐射传递因子描述太阳光与热辐射能束的传输特性。结合谱带模型，通过蒙特卡洛射线踪迹法模拟，得到谱带辐射传递因子。在此基础上，分析了太阳能高温吸热器的热转换特性，考察了石英窗口的光学性能参数与吸热芯温度分布对太阳能高温热转换的影响，获得了对太阳能高温吸热腔设计有参考价值的结果。

容积式吸热器内聚集太阳能的传输特性研究

将泡沫孔筋等效成粒子系,建立了抛物面聚光器与容积式吸热器数理模型。基于Mie理论计算泡沫材料的散射特性,采用蒙特卡洛射线踪迹法模拟聚集太阳光在泡沫材料内的传输衰减特性。通过计算,获得了吸热器体积内的太阳能流吸收分布。结果表明:吸收太阳能流集中在吸热器底部,随着孔隙率和孔隙直径增加,吸热器内的太阳能吸收分布均匀性更好。研究结论为容积式太阳能吸热器结构设计与性能分析提供了参考。

球形离散颗粒抑制尾喷流红外辐射传输数值模拟

以气溶胶烟雾红外抑制技术为背景,以Mie散射理论为基础,利用Fluent软件计算获得气固两相流场,采用射线踪迹法（RTANM）编制红外辐射传输计算程序开展了球形固体微粒环尾喷流喷射抑制喷流红外辐射传输数值模拟研究.研究参数主要考虑颗粒本身的光学特性以及颗粒在喷流射流中的扩散规律对抑制效果的影响.研究表明,各种影响因素中粒径对红外抑制率的影响最为显著,3-5μm范围内粒径在1.0μm左右最佳.