【摘要】：火災(zāi)事故頻發(fā)給國(guó)家和人民帶來(lái)嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失,越來(lái)越受到人們的關(guān)注。而熱輻射是火災(zāi)中熱量傳遞的重要方式,對(duì)熱輻射的研究具有極大意義。實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景中,熱輻射發(fā)射物體和接收物體大多為形狀復(fù)雜的形體,其表面也大多為不規(guī)則的平面甚至曲面。以往的熱輻射計(jì)算方法往往精度較低且運(yùn)算緩慢,本文應(yīng)用基于高斯型積分公式的有限單元法進(jìn)行復(fù)雜表面間的熱輻射計(jì)算,不僅具有較高的計(jì)算精度,而且運(yùn)算速度也非�？�。本文充分采用了有限單元法的思想,將復(fù)雜表面的三角剖分與高斯積分法相結(jié)合,利用基于映射法的Delaunay三角剖分算法對(duì)復(fù)雜物體表面進(jìn)行三角剖分,從而將整個(gè)表面間的熱輻射計(jì)算轉(zhuǎn)化為小三角形單元間的角系數(shù)計(jì)算,在大大降低計(jì)算難度的同時(shí)有效提升了計(jì)算精度。筆者應(yīng)用高斯積分法對(duì)幾種有理論解的熱輻射模型進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算,通過(guò)誤差分析發(fā)現(xiàn),除了有公共邊存在情況下的輻射模型計(jì)算誤差較大外,其余情況的誤差均能保持在1%左右,且無(wú)論三角形剖分疏密,計(jì)算程序均能保證極高的運(yùn)算速度,而且,對(duì)于有公共邊存在情況下的垂直計(jì)算模型,通過(guò)采用三角剖分加密措施,可顯著降低計(jì)算誤差。從而證明了高斯積分法在計(jì)算復(fù)雜表面間熱輻射角系數(shù)的高效性和精確性。為進(jìn)一步模擬實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景,本文建立了空間中兩個(gè)及以上的曲面輻射模型,并利用高斯積分法對(duì)其進(jìn)行角系數(shù)計(jì)算,然后應(yīng)用輻射換熱公式求得熱輻射值。結(jié)果表明,即使對(duì)于多個(gè)曲面間的復(fù)雜輻射模型,高斯積分法依然可以高效地對(duì)其進(jìn)行熱輻射計(jì)算,進(jìn)一步證明了方法的穩(wěn)定性和適用性。
【圖文】：

的本質(zhì)自然界中廣泛存在的一種輻射換熱現(xiàn)象，在眾多熱輻射的本質(zhì)其實(shí)是電磁波[46]。自然界中的所不同波長(zhǎng)的電磁波。這些波長(zhǎng)不同的電磁波有的穿透接觸物體，有的則能產(chǎn)生不同程度的化學(xué)反種波段，如圖 2-1 所示。其中波長(zhǎng)小于 0.38μm從小到大依次是 γ 射線，X 射線和紫外m 之間的被稱之為可見(jiàn)光；紅外線的波長(zhǎng)范圍在電磁波一般稱為無(wú)線電波。波長(zhǎng)范圍在 0.1μm~化成熱能，即能對(duì)物體產(chǎn)生熱效應(yīng)，這部分電磁外線。常溫下物體對(duì)四周發(fā)射的這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)因此又稱這部分電磁波為熱射線，我們所說(shuō)的熱熱射線

的黑體一般是以人工方法制造的近似黑體。黑體輻射的基本定律包括普朗克定律、斯忒潘-玻爾茲曼定律和蘭貝特定律，這些定律均是在黑體的基礎(chǔ)上得出的，因而黑體在輻射換熱理論中占有重要的地位。如圖2-3所示，為一人工制造的黑體，，在空腔一處開(kāi)一個(gè)小孔，空腔表面由不透明的吸收系數(shù)較高的材料制成，通過(guò)小孔進(jìn)入空腔的輻射能 E 經(jīng)過(guò)內(nèi)壁的多次反射和吸收，最終經(jīng)由小孔射出的輻射能 EF已經(jīng)很少，與射入的輻射能 E 相比可近似為零，因而小孔可近似看做是一個(gè)黑體。圖 2-3 絕對(duì)黑體模型Figure 2-3 Absolute blackbody model反射率為 1 即 F=1 的物體稱為白體。與黑體相反，白體會(huì)將投射到其表面上的輻射能全部反射。這種反射包含鏡反射和漫反射兩種方式，如圖 2-4 所示。圖 2-4 鏡反射和漫反射Figure 2-4 Mirror reflection and diffuse reflectionEEFnΘ1Θ2Θ1= Θ2（a）鏡反射 （b）漫反射
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X932

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616950