發(fā)布時間：2020-08-08 18:28

【摘要】：輻射傳熱是自然界中重要的傳熱方式,在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、國防科技中都有廣泛的應(yīng)用。以前的研究大都為了便于計算,將實際物體表面假設(shè)成漫反射或鏡反射表面,但這樣處理不能準(zhǔn)確地模擬實際工況。雙向反射分布函數(shù)(BRDF)能夠準(zhǔn)確地表征實際物體壁面的反射特性,從而耦合BRDF壁面的輻射計算能夠使輻射傳熱分析更加準(zhǔn)確,也更具實際意義。本文的主要工作如下:一維梯度折射率介質(zhì)耦合BRDF壁面的輻射傳遞計算不能準(zhǔn)確地描述BRDF壁面對多維梯度折射率介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞的影響。因此,本文采用Minnaert模型模擬BRDF壁面,并在一維介質(zhì)的基礎(chǔ)上利用DRESOR法求解耦合BRDF壁面二維矩形介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞問題。計算結(jié)果與文獻數(shù)據(jù)進行比對,驗證了DRESOR法的正確性。同時,探討了不同的BRDF壁面對二維矩形系統(tǒng)內(nèi)輻射傳遞的影響,也分析了不同的光學(xué)厚度、散射反照率條件下BRDF壁面對系統(tǒng)內(nèi)輻射傳遞影響的變化。結(jié)果表明,BRDF壁面的反射特性越偏離漫反射特性,BRDF壁面造成輻射熱流和強度的偏差越大。而光學(xué)厚度和散射反照率的增加都能降低BRDF壁面條件產(chǎn)生的熱流偏差,從而證明介質(zhì)的吸收作用和散射作用可以削弱壁面條件對系統(tǒng)內(nèi)輻射傳遞的影響。本文還研究了BRDF壁面對圓柱介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞的影響。圓柱坐標(biāo)系可以更好地描述圓柱邊界,在此基礎(chǔ)上考慮壁面的輻射特性可以使圓柱介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞分析更加精確。因此,本文在圓柱坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上分析了BRDF壁面對二維圓柱梯度折射率介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞的影響。文中采用了Minnaert模型和Torrance-Sparrow模型模擬不同類型的BRDF壁面,其中Torrance-Sparrow模型模擬的BRDF壁面(T-S壁面)包含鏡反射和漫反射分量,從而使該研究更具有實際意義。接著采用更為精確的對比基準(zhǔn),分析了不同類型的BRDF壁面對徑向輻射熱流和壁面輻射強度分布的影響。結(jié)果表明,隨著BRDF壁面和漫反射壁面反射特性差別的增大,輻射熱流和輻射強度分布的差別明顯增大,BRDF壁面造成的熱流偏差高達(dá)19.94%,而輻射強度分布隨壁面條件呈規(guī)律性變化。此外,本文還詳細(xì)討論了T-S壁面中鏡反射分量與漫反射分量對輻射強度分布的影響,發(fā)現(xiàn)在大角度反射區(qū)間內(nèi),鏡反射分量占主導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124
【圖文】：

面的表面輻射、介質(zhì)的容積輻射，其中系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)、壁面的反射特性、介質(zhì)的散射特性以及折射率分布等都使輻射傳遞方程的求解變得更加復(fù)雜。經(jīng)過國內(nèi)外研究學(xué)者的不斷努力，很多精確求解輻射傳遞方程的方法被提出，具體如圖1-1所示。圖1-1 求解輻射傳遞的方法分類

r代表空間介質(zhì)單元， ( ', , )sd w wR r r s代表從壁面單元 'wr 發(fā)射的能量wr 反射到以 s 為中心方向的單位立體角的能量份額。 ( '', , )sd wR r r s代表從介射的能量被壁面單元wr 反射到以 s 為中心方向的單位立體角的能量份 ', )r s代表從壁面單元 'wr 發(fā)射的能量被介質(zhì)單元 r '散射到以 s 為中心方向角的能量份額。 ( '', ', )sdR r r s代表從介質(zhì)單元 r ''發(fā)射的能量被介質(zhì)單元 r '散中心方向的單位立體角的能量份額。關(guān)于 DRESOR 數(shù)的計算可參考文獻[5說明。DF 模型的介紹

F 壁面二維矩形介質(zhì)模型耦合 BRDF 壁面的二維矩形梯度折射率介質(zhì)模型。如圖 3同類型的 BRDF 壁面。與一維介質(zhì)耦合 BRDF 壁面輻射模了四個 BRDF 壁面的相對位置，所以在計算過程中需要進時二維系統(tǒng)需要考慮壁面的長度，本文將每個壁面劃分為反射分布都符合 Minnaert 模型中的 BRDF 分布。這里，將向劃分呈 Nx Ny分布。每個空間介質(zhì)網(wǎng)格在 4 空間里的在 2 半球空間里離散 M/2 個方向，方向離散的具體方法壁面的溫度分別為w1T 、w2T 、w3T 、w4T ，空間介質(zhì)的溫度為散射反照率為 。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李俊麟;張黎明;陳洪耀;司孝龍;王戟翔;楊寶云;沈政國;;雙向反射分布函數(shù)絕對測量裝置研制[J];光學(xué)學(xué)報;2014年05期

2 王希影;;二維參與性介質(zhì)輻射換熱的球諧有限元法[J];燃?xì)鉁u輪試驗與研究;2014年02期

3 楊玉峰;吳振森;曹運華;;一種實用型粗糙面六參數(shù)雙向反射分布函數(shù)模型[J];光學(xué)學(xué)報;2012年02期

4 黃偉;吉洪湖;;基于BRDF的排氣系統(tǒng)紅外輻射特征計算研究[J];航空學(xué)報;2012年07期

5 阮立明;齊宏;王圣剛;趙輝;李保成;;圓柱坐標(biāo)系下任意方向輻射強度的源項六流法模擬[J];計算物理;2009年03期

6 黃勇;王浚;;二維非線性梯度折射率介質(zhì)的熱輻射特性研究[J];紅外與毫米波學(xué)報;2009年01期

7 張昊春;易紅亮;談和平;;球諧函數(shù)法求解輻射傳輸方程的假散射和射線效應(yīng)[J];計算物理;2006年02期

8 張百順;劉文清;魏慶農(nóng);高閩光;連翠華;胡軍;汪世美;;基于雙向反射分布函數(shù)實驗測量的目標(biāo)散射特性的分析[J];光學(xué)技術(shù);2006年02期

9 顧明言,章明川,范衛(wèi)東,田鳳國;輻射離散傳播法在三維圓柱腔體輻射傳熱計算中的應(yīng)用[J];熱能動力工程;2005年05期

10 張立同 ,成來飛 ,徐永東;新型碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的研究進展[J];航空制造技術(shù);2003年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張琳;梯度折射率介質(zhì)內(nèi)輻射傳遞方程數(shù)值模擬的有限元法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 程強;求解輻射傳遞方程的DRESOR法及其應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2007年

3 譚建宇;求解輻射傳遞方程的無網(wǎng)格法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 趙輝;參與性介質(zhì)方向輻射的廣義多流法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2785942