红外辐射数值计算概论优秀PPT.ppt

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1、红外辐射数值计算概论红外辐射数值计算概论第一页，本课件共有62页第1章 计算热辐射学概论1.1 计算热辐射学的特点计算热辐射学的特点1.2 热辐射传递控制方程的分类热辐射传递控制方程的分类1.3 辐射传输的计算方法概述辐射传输的计算方法概述第二页，本课件共有62页工工程程技技术术领领域域中中涉涉及及的的热热辐辐射射传传输输问问题题通通常都十分复杂：常都十分复杂：控制方程的非线性控制方程的非线性复杂的几何系统复杂的几何系统复杂的界面辐射特性（复杂的界面辐射特性（透明或非透明透明或非透明）随频率、方向变化的辐射特性等随频率、方向变化的辐射特性等因此几乎不能得到问题的分析解。因此几乎不能得到问题的分

2、析解。1.1 计算热辐射学的特点第三页，本课件共有62页随随着着计计算算机机技技术术和和数数值值方方法法的的发发展展，计计算算热热辐辐射射学学作作为为理理论论分分析析法法、实实验验研研究究法法的的补补充充，逐渐显示出它的作用。逐渐显示出它的作用。计计算算热热辐辐射射学学研研究究辐辐射射特特性性、辐辐射射传传输输中中牵牵涉涉到到数数值值计计算算的的共共性性问问题题，所所涉涉及及的的内内容容往往往往是是计计算算数数学学、光光学学、电电磁磁理理论论、量量子子力力学学、热热辐辐射射的的交交叉叉，是是计计算算物物理理的的一一部部分。分。1.1 计算热辐射学的特点第四页，本课件共有62页迄迄今今为为止止，

3、流流行行的的分分类类法法是是将将热热辐辐射射的的数值计算看作是计算传热学的一部分数值计算看作是计算传热学的一部分。但但实实际际上上，目目前前已已出出版版的的有有关关数数值值计计算算传传热热学学的的主主要要教教材材和和专专著著，一一般般不不包包括括热热辐射数值计算的内容辐射数值计算的内容。1.1 计算热辐射学的特点第五页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点1 帕坦卡帕坦卡 S.V.传热与流体流动的数值传热与流体流动的数值计算计算张政张政 译，蒋章焰译，蒋章焰 校，校，北京：科北京：科学出版社，学出版社，1984 文文献献1-4是是目目前前传传热热数数值值计计算算的的经经典典之之著著，被被

4、广广泛泛参参考考与与引引用用，但但文文献献1-4中中不不包包括括计计算热辐射学。算热辐射学。2 孔祥谦孔祥谦有限单元法在传热学中的应有限单元法在传热学中的应用用 第二版，北京：科学出版社，第二版，北京：科学出版社，19863 陶文铨陶文铨计算传热学的近代进展计算传热学的近代进展北京：北京：科学出版社，科学出版社，20004 陶文铨陶文铨数值传热学数值传热学第二版，西安：第二版，西安：西安交通大学出版社，西安交通大学出版社，2001第六页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点 近近二二十十年年来来，已已出出版版了了许许多多涉涉及及热热辐辐射射特特性性与与传传输输的的专专著著和和教教材材5-

5、22，但但一一般般不不包包括括或包括少量的热辐射数值计算内容。或包括少量的热辐射数值计算内容。5 Bohren C.F.，Huffman D.R.，Absorption and scattering of light by small particles，New York：John Wiley Son，Inc.，1983 6 王福恒，王嵩薇，王福恒，王嵩薇，近代科学技术中的原子分子近代科学技术中的原子分子辐射理论辐射理论，成都：成都科技大学出版社，成都：成都科技大学出版社，1991 文文献献5-8主主要要研研究究热热辐辐射射特特性性的的微微观观过过程程和和相相应应的的计计算算方方法法，包包括括

6、：粒粒子子的的吸吸收收和和散散射射5；原子分子的辐射跃迁理论；原子分子的辐射跃迁理论6。第七页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点7 李世昌，李世昌，高温辐射物理与量子辐射理论，高温辐射物理与量子辐射理论，北京：北京：国防工业出版社，国防工业出版社，1992 8 章冠人，章冠人，光子流体动力学理论基础，光子流体动力学理论基础，北京：国北京：国防工业出版社，防工业出版社，1996 高高温温物物质质的的统统计计理理论论、量量子子辐辐射射理理论论、及及相相关关的的微微观观过过程程7；光光子子流流体体动动力力学学8；但但文文6,7不不包包括括数数值值计计算算，文文8包包括括了了宏宏观观辐辐射射

7、传传输输方方程程和和微微观观辐辐射射特特性性的的数数值值计计算算，但但主主要要侧侧重重于微观过程和辐射特性参数的获取。于微观过程和辐射特性参数的获取。第八页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点9 美美 施天谟，施天谟，计算传热学，计算传热学，陈越南等译，葛绍岩陈越南等译，葛绍岩等校，等校，科学出版社，科学出版社，1987：375-411 10 郭宽良，郭宽良，数值计算传热学，数值计算传热学，合肥：安徽科学合肥：安徽科学技术出版社，技术出版社，1987：289-346 文献文献9-22均涉及宏观红外辐射传输，但有均涉及宏观红外辐射传输，但有关红外辐射传输数值计算的内容都不够系统关红外辐射

8、传输数值计算的内容都不够系统和完整。例如：文献和完整。例如：文献12只涉及辐射角系数只涉及辐射角系数与表面辐射换热的数值计算；文献与表面辐射换热的数值计算；文献9,13-17研究了介质热辐射的数值计算；研究了介质热辐射的数值计算；第九页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点11 卞伯绘，卞伯绘，辐射换热的分析与计算，辐射换热的分析与计算，北京：清华北京：清华大学出版社，大学出版社，198812 郭宽良，孔祥谦，陈善年，郭宽良，孔祥谦，陈善年，计算传热学，计算传热学，中国中国科学技术大学出版社，科学技术大学出版社，1988：241-260文文19介介绍绍了了红红外外辐辐射射在在大大气气中中

9、的的传传输输。涉涉及及计计算算热热辐辐射射内内容容最最广广的的是是文文献献11，但但也也没没有有包包括括粒粒子子辐辐射射、热热辐辐射射反反问问题题、耦耦合换热的数值计算。合换热的数值计算。第十页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点13 苏苏 布洛赫布洛赫.，锅炉炉内换热，锅炉炉内换热，贾鸿贾鸿祥祥 等译，陈听宽等译，陈听宽 校，校，西安：西安交通大西安：西安交通大学出版社，学出版社，1988，第章，第章 14 Brewster M.Q.，Thermal radiative transfer and propertis，New York：John Wiley Sons，1991 15 秦

10、裕琨，秦裕琨，炉内传热，炉内传热，修订版，北京：机修订版，北京：机械工业出版社，械工业出版社，1992 第十一页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点16 Siegl R.，Howell J.R.，Thermal radiation heat transfer，4th EditionTaylor&Francis，2002 17 Modest M.F.，Radiative heat transfer，2nd EditionAcademic Press，200318 姚连兴，仇维礼，王福恒，姚连兴，仇维礼，王福恒，目标和环境目标和环境的光学特性，的光学特性，徐根兴主编，北京：宇航出徐根兴主编

11、，北京：宇航出版社，版社，1995 第十二页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点19 徐南荣，卞南华，徐南荣，卞南华，红外辐射与制导，红外辐射与制导，北京：北京：国防工业出版社，国防工业出版社，1997 20 卞荫贵，徐立功，卞荫贵，徐立功，气动热力学，气动热力学，合肥：中国科合肥：中国科技大学出版社，技大学出版社，199721 余其铮，余其铮，辐射换热原理，辐射换热原理，哈尔滨：哈尔滨工哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，业大学出版社，2000 22 欧阳水吾，谢中强，欧阳水吾，谢中强，高温非平衡空气绕流，高温非平衡空气绕流，北京：国防工业出版社，北京：国防工业出版社，2001 第十三页，

12、本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点 热热辐辐射射的的产产生生与与传传递递机机理理，与与导导热热、对对流流换换热热有有根根本本的的不不同同，导导致致描描述述它它们们的的控控制制方方程程有有很很大大的的差差异异。由由于于方方程程不不同同，所所以以解解法法也也不不一一样样。因因而而导导热热、对对流流换换热热数数值值计计算算中中一一系系列列行行之之有有效效的的方方法法，大大部部分分都不适用于辐射换热的数值计算。都不适用于辐射换热的数值计算。这主要表现在以下几方面。这主要表现在以下几方面。第十四页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点辐辐射射换换热热中中有有两两种种形形式式的的能能量量辐辐

13、射射能能与与热热能能。所所以以辐辐射射换换热热计计算算中中，除除和和导导热热、对对流流换换热热一一样样有有温温度度或或热热量量的的未未知知量量外外，还还多多一一个个待待求求量量辐辐射射强强度度。这这样样，有有关关能能量量的的方方程程就就有有两两个个，一一是是能能量量平平衡衡方方程程，一一是是能能量量传传递递方方程程（即即辐辐射射传传递递方方程程）。导导热热、对对流流换换热热中中这这两两者者是是统统一一的的，能能量量方方程程即即是是平平衡衡方方程程，也是传递方程。也是传递方程。第十五页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点导导热热、对对流流换换热热是是靠靠分分子子、原原子子微微观观运运动动

14、或或对对流流宏宏观观运运动动来来传传递递，所所以以它它们们的的控控制制方方程程中中有有扩扩散散项项或或对对流流项项。热热辐辐射射靠靠热热射射线线传传输输，所所以以热热辐辐射射传传递递方方程程中中就就没没有有扩扩散散项或对流项。项或对流项。第十六页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点描描述述热热传传导导、对对流流换换热热的的控控制制方方程程是是微微分分方方程程。热热辐辐射射传传输输沿沿程程衰衰减减，局局部部区区域域的的辐辐射射能能不不仅仅取取决决于于当当地地的的物物性性与与温温度度，还还与与远远处处的的物物性性、温温度度有有关关。考考虑虑远远处处及及沿沿射射线线行行程程物物性性、温温度度

15、的的影影响响，传传递递方方程程就就会会出出现现带带指指数数衰衰减减型型的的积积分分项。项。辐辐射射特特性性随随波波长长、方方向向变变化化。所所以以辐辐射射的的能能量量平平衡衡方方程程与与传传递递方方程程要要对对波波长长、方方向向、路路径径积积分分，通通常常为为积积分分方方程程或或积积分分微分方程。微分方程。第十七页，本课件共有62页1.1 计算热辐射学的特点导导热热、对对流流换换热热有有非非稳稳态态项项，而而在在辐辐射射换换热热中中由由于于光光的的传传播播速速度度非非常常快快，绝绝大大多多数数工程问题可忽略。工程问题可忽略。第十八页，本课件共有62页 由由于于上上述述原原因因，连连续续性性方方

16、程程、动动量量方方程程、能能量量方方程程、化化学学组组分分方方程程、湍湍流流动动能能方方程程、湍湍流流动动能能耗耗散散率率方方程程均均可可用用通通用用微微分分方方程程表示。表示。1.1 计算热辐射学的特点式中：式中：为待求变量，为待求变量，为变量为变量 的扩散系的扩散系数，数，为源项。为源项。第十九页，本课件共有62页通通用用微微分分方方程程中中的的四四项项分分别别为为：非非稳稳态态项、对流项、扩散项和源项。项、对流项、扩散项和源项。连续方程连续方程 1.1 计算热辐射学的特点第二十页，本课件共有62页动量方程：动量方程：1.1 计算热辐射学的特点式中：式中：是粘度；是粘度；是压力；是压力；是

17、沿是沿方向的单位容积内的体积力；方向的单位容积内的体积力；代表除去以代表除去以所表示的粘性力项之外的其它所有粘性力项。所表示的粘性力项之外的其它所有粘性力项。第二十一页，本课件共有62页能量方程能量方程 1.1 计算热辐射学的特点式中：式中：是比焓是比焓，是导热系数；是导热系数；是容积是容积发热率发热率。第二十二页，本课件共有62页但但是是，通通用用微微分分方方程程不不能能表表示示热热辐射传输的控制方程。辐射传输的控制方程。1.1 计算热辐射学的特点第二十三页，本课件共有62页1.2 热辐射传递控制方程的分类 热辐射传输的控制方程按数学特点大体热辐射传输的控制方程按数学特点大体可分为三类：可分

18、为三类：代数方程代数方程 积分方程积分方程 积分积分微分方程微分方程。第二十四页，本课件共有62页1.5 热辐射传递控制方程的分类第第一一类类：控控制制方方程程为为代代数数方方程程。属属这这类类问问题题的的有有：被被透透明明介介质质隔隔开开的的漫漫射射（漫漫发发射射、漫漫反反射射）且且有有效效辐辐射射均均匀匀的的各各表表面面间间的的辐辐射射传热。传热。有效辐射均匀等价于：表面温度均匀、有效辐射均匀等价于：表面温度均匀、表面物性均匀、及投射辐射均匀。表面物性均匀、及投射辐射均匀。第二十五页，本课件共有62页第一类：控制方程为代数方程第一类：控制方程为代数方程 例例如如，由由n个个等等温温漫漫灰灰

19、面面组组成成的的封封闭闭系系统统（图图1-1），已已知知各各面面的的温温度度，求求各各面面的的净净热热量量；或或已已知知各各面面的的净净热热量，求各面的温度。量，求各面的温度。图图1-1 n个等温面组成的个等温面组成的封闭系统封闭系统第二十六页，本课件共有62页第二十七页，本课件共有62页第二十八页，本课件共有62页第二十九页，本课件共有62页第三十页，本课件共有62页1.2 热辐射传递控制方程的分类第二类：控制方程为积分方程第二类：控制方程为积分方程a.被被透透明明介介质质隔隔开开的的漫漫射射表表面面间间的的辐辐射射传传热热，但但表表面面温温度度、物物性性、投投射射辐辐射射不不均均匀匀。为为

20、此此应应将将表表面面细细分分，极极限限情情况况是是无无数数个个微微元元面面的的积分。积分。b.被被透透明明介介质质隔隔开开有有效效辐辐射射均均匀匀、非非漫漫射射面面间间的的辐辐射射传传热热。由由于于辐辐射射特特性性与与方方向向有有关关，需对立体角细分再积分。需对立体角细分再积分。第三十一页，本课件共有62页1.2 热辐射传递控制方程的分类c.已已知知温温度度场场时时吸吸收收、散散射射性性介介质质的的辐辐射射传传热热。由于吸收、散射的沿程性和方向性，需积分。由于吸收、散射的沿程性和方向性，需积分。d.已已知知微微粒粒群群光光谱谱衰衰减减系系数数，求求非非均均匀匀系系微微粒粒群群粒粒径径分分布布的

21、的辐辐射射反反问问题题。因因为为光光谱谱衰衰减减系系数数反反映映了了大大小小不不同同的的微微粒粒对对射射线衰减的综合效应。线衰减的综合效应。第三十二页，本课件共有62页1.2 热辐射传递控制方程的分类e.已已知知光光谱谱辐辐射射强强度度，求求参参与与性性介介质质温温度度场场的的辐辐射射反反问问题题。因因为为光光谱谱辐辐射射强强度度反反映了沿程各点介质温度的综合效应。映了沿程各点介质温度的综合效应。第三十三页，本课件共有62页1.2 热辐射传递控制方程的分类第三类：控制方程为积分第三类：控制方程为积分微分方程微分方程a.温温度度分分布布未未知知时时参参与与性性介介质质的的辐辐射射传传热热。由由于

22、于辐辐射射强强度度与与介介质质的的温温度度分分布布有有关关，且且衰衰减减系系数数也也是是温温度度的的函函数数，因因此此须须将将辐辐射射传传递递方方程与能量方程联立求解。程与能量方程联立求解。b.表面辐射与热传导、对流的耦合换热。表面辐射与热传导、对流的耦合换热。c.参参与与性性介介质质辐辐射射与与热热传传导导、对对流流的的耦耦合合换换热。热。第三十四页，本课件共有62页以以上上的的分分类类也也不不绝绝对对，因因为为控控制制方方程程的的形式与基本假设有密切的关系。形式与基本假设有密切的关系。除除第第一一类类问问题题外外，控控制制方方程程的的求求解解都都较较困困难难，只只有有在在个个别别简简单单情

23、情况况下下才才能能得得到到精精确确或或近近似似解解析析解解，大大多多数数情情况况只只能能采采用用数数值解。值解。1.2 热辐射传递控制方程的分类第三十五页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述(1)假假定定界界面面为为灰灰体体，介介质质为灰灰介介质质。这这是是最最简单的方法。简单的方法。热热辐辐射射传传输输计计算算的的特特点点是是：辐辐射射能能量量除除与与空空间间坐坐标标有有关关外外，还还与与空空间间方方向向和和波波长长有有关。关。对对波波长长影影响响的的处处理理，通通常常采采用用三三种种处处理方法。理方法。第三十六页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理(2)平均当量参

24、数法平均当量参数法v平平均均当当量量参参数数法法的的基基本本思思想想是是将将随随波波长长变变化化的的物物体体表表面面特特性性、介介质质特特性性、粒粒子子特特性性，按按黑黑体体发发射射光光谱谱、或或入入射射能能量量光光谱谱、或或其其它它光光谱谱规规律律在在全全光光谱谱范范围围内内积积分分平平均均，得得出出相相应应的的平平均均物物性性系系数数，使使热热辐辐射射传传递递计计算算中中的的所所有有参参数数都都变变成成全全光光谱谱的的总总参参数数，这这样样热热辐辐射射传传输输控控制制方方程程中中就就不不再再出出现现单单色光谱参量。色光谱参量。第三十七页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v例

25、例如如：半半球球全全光光谱谱发发射射率率（简简称称：发发射射率率）用用半半球球光光谱谱发发射射率率表表示示，则则按按黑黑体体发发射射光光谱平均谱平均 第三十八页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v方方向向全全光光谱谱吸吸收收率率用用方方向向光光谱谱吸吸收收率率表表示示，则按入射辐射强度的光谱平均则按入射辐射强度的光谱平均 第三十九页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v介质的吸收系数有多种平均方法介质的吸收系数有多种平均方法v入射平均吸收系数按入射能量光谱平均：入射平均吸收系数按入射能量光谱平均：第四十页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v普普朗朗

26、克克（Planck）平平均均吸吸收收系系数数按按黑黑体体发发射光谱平均：射光谱平均：第四十一页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v在在 光光 学学 厚厚 条条 件件 下下，通通 常常 采采 用用 罗罗 斯斯 兰兰（Rosseland）平平均均吸吸收收系系数数，它它的的定定义义式为式为 第四十二页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理v介介质质的的平平均均系系数数与与温温度度、压压力力、密密度度或或入入射射光光谱谱的的分分布布有有关关。通通常常这这些些分分布布沿沿着着射射线线传传递递路路程程是是变变化化的的，若若考考虑虑这这些些变变化化因因素素，计计算算就就比比较较复

27、复杂杂，所所以以这这种种方方法法只只适适合合比比较较简简单单或或简简化化的的情情况况，如如果用于较复杂的情况，就会出现误差。果用于较复杂的情况，就会出现误差。第四十三页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理(3)波带近似法波带近似法 在在要要求求计计算算精精度度较较高高的的情情况况下下，通通常常采采用用波波带带近近似似法法（也也称称：谱谱带带近近似似法法，能能带带近近似法，多带近似法）。似法，多带近似法）。波波带带近近似似法法根根据据系系统统内内表表面面的的反反射射率率或或发发射射率率，介介质质、粒粒子子的的折折射射率率和和衰衰减减系系数数或或吸吸收收系系数数等等辐辐射射特特性性随

28、随波波长长变变化化的的规规律律，将全波长范围分成有限数目的波带。将全波长范围分成有限数目的波带。第四十四页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的处理(3)波带近似法波带近似法 使使每每个个波波带带范范围围内内光光谱谱辐辐射射特特性性变变化化不不大大，并并视视其其为为常常数数，这这样样就就可可以以在在每每一一波波带带内内按灰体、灰介质模型进行计算。按灰体、灰介质模型进行计算。即即，随随波波长长变变化化的的辐辐射射特特性性，用用一一组组矩矩型型波波带带描描述述，各各波波带带的的辐辐射射换换热热量量之之和和，即即为总换热量。为总换热量。第四十五页，本课件共有62页1.3 辐射特性随波长变化的

29、处理(3)波带近似法波带近似法 当当波波带带数数目目 取取得得足足够够多多时时，每每一一波波带带的的间间隔隔 足足够够小小，极极限限时时，即即为为单单色色分分析析，也也就就是是根根据据每每一一波波长长下下的的辐辐射特性对物体之间的辐射换热进行计算。射特性对物体之间的辐射换热进行计算。波带的划分以例说明之。波带的划分以例说明之。第四十六页，本课件共有62页表表1-2 硅玻璃和硼硅酸盐光谱参数的波带近似参数硅玻璃和硼硅酸盐光谱参数的波带近似参数波带波带1073K下硅玻璃的下硅玻璃的11波带波带293973K下硼硅酸盐的下硼硅酸盐的9波带波带102.1411.45202.00122.142.6230

30、1.4412.002.755032.622.733001.4362.752.9274042.732.7914501.4342.923.5068052.792.8410401.4333.503.7090062.842.943001.4313.703.84102072.943.73701.4213.844.1497083.734.284801.3934.144.60117094.284.6412601.3684.605.002000104.644.8014501.355114.805.0025001.355第四十七页，本课件共有62页图图1-1 1073K下硅玻璃光谱吸收系数用下硅玻璃光谱吸收系数

31、用11个波带近似个波带近似 200015001000500102345第四十八页，本课件共有62页图图1-2 293973K下硼硅酸盐的光谱吸收系数用下硼硅酸盐的光谱吸收系数用9个波带近似个波带近似 12345100015000500第四十九页，本课件共有62页图图1-3 650700K下下 的光谱吸收系数的光谱吸收系数 1345670500100015002000 320040002第五十页，本课件共有62页图图1-4 650700K下下 光谱吸收系数用光谱吸收系数用15个波带近似个波带近似 12345671014001512001000340040050060070003800320036

32、00400010000203010第五十一页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v解解析析法法。适适用用范范围围比比较较窄窄，但但从从理理论论上上可可加加深深对对辐辐射射换换热热的的物物理理过过程程、概概念念及及各各参参数数间间相互关系的理解。相互关系的理解。对对空空间间方方向向的的影影响响，除除区区域域法法、蒙蒙特特卡卡洛洛法法和和射射线线踪踪迹迹法法外外，一一般般均均对对空空间间立立体体角角离离散散。下下面面分分别别介介绍绍一一些些目目前前常常用用方方法的特点。法的特点。第五十二页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v射射线线踪踪迹迹法法。特特点点是是将将辐辐射射看

33、看为为一一能能束束，跟跟踪踪此此能能束束，观观察察其其发发生生到到消消失失过过程程中中它它的一切行为。的一切行为。v净净热热量量法法。引引入入有有效效辐辐射射的的概概念念，将将交交换换的的能能量量分分为为投投射射辐辐射射、反反射射辐辐射射和和本本身身辐辐射射。从从这这些些能能量量中中计计算算出出换换热热面面净净得得或或失失去去的的能能量。量。第五十三页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v热热流流法法（通通量量法法）是是将将整整个个空空间间分分布布的的辐辐射射强强度度分分成成前前、后后半半个个空空间间均均匀匀分分布布的的两两部部分分，可可各各得得一一平平均均热热流流密密度度，称称为

34、为双双热热流流法法。如如是是二二维维空空间间，两两个个方方向向上上各各有有两两个个热热流流密密度度，称称为为四四热热流流法法。如如是是三三维维空空间，就成六热流法。间，就成六热流法。第五十四页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v离离散散强强度度法法。将将计计算算区区域域离离散散，围围绕绕每每个个结结点点取取若若干干个个方方向向的的辐辐射射强强度度作作为为未未知知量量，列列出出结结点点与与各各坐坐标标方方向向相相邻邻结结点点的的传传递递方方程，此方法称离散强度法。程，此方法称离散强度法。第五十五页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v离离散散传传递递法法，若若将将表表面

35、面上上方方半半球球空空间间分分成成若若干干个个立立体体角角，将将表表面面辐辐射射强强度度离离散散到到各各个个立立体体角角中中，并并假假设设各各立立体体角角内内辐辐射射强强度度均均匀匀分分布布，沿沿着着立立体体角角方方向向列列出出离离散散的的辐辐射传递方程，此方法为离散传递法。射传递方程，此方法为离散传递法。第五十六页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v区区域域法法及及有有限限元元法法。将将系系统统内内各各面面与与空空间间介介质质各各分分成成若若干干等等温温、等等物物性性区区。通通过过积积分分求求出出辐辐射射直直接接交交换换面面积积、辐辐射射总总交交换换面面积积。建建立立一一组组求

36、求能能量量平平衡衡的的代代数数方方程程。如如按按有有限限元元原原则则来来划划分分网网格格，则则称称为为有有限限元元法。法。v蒙特卡洛方法。蒙特卡洛方法。第五十七页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述 一一种种有有效效的的计计算算方方法法应应考考虑虑以以下下几几个个方面：方面：v计算效率、计算精度；计算效率、计算精度；v几何形状的适应性；几何形状的适应性；v与与热热传传导导、对对流流、气气动动等等问问题题网网格格划划分分的的兼容性；兼容性；v对多维问题的适应性；对多维问题的适应性；第五十八页，本课件共有62页1.3 辐射传输的计算方法概述v处处理理其其它它物物理理模模型型（如如：气气

37、体体辐辐射射特特性性的的窄波段与宽波段模型）的可行性。窄波段与宽波段模型）的可行性。迄迄今今为为止止，还还很很难难提提出出一一种种最最完完善善的的计计算算方方法法能能同同时时有有效效地地处处理理好好上上述述各各个个方方面面，经经过过分分析析、比比较较各各有有优优缺缺点点，比比较较时时通通常常以以区区域域法法或或蒙蒙特特卡卡洛洛法法的的计计算算结结果果为为基准。基准。第五十九页，本课件共有62页1.4 蒙特卡洛方法 蒙蒙特特卡卡洛洛方方法法是是一一种种随随机机模模拟拟方方法法。将将其其应应用用于于辐辐射射传传热热计计算算时时，其其基基本本思思想想是是把把辐辐射射能能量量看看成成由由大大量量独独立

38、立的的光光束束（光光子子）组组成成。把把复复杂杂的的辐辐射射传传递递问问题题分分解解为为发发射射、反反射射、吸吸收收、散散射射等等独独立立过过程程。每每一一光光束束在在系系统统内内的的传传递递过过程程，由由一一系系列列随随机机数数确确定定。跟踪一定量的光束，可得较为稳定的跟踪一定量的光束，可得较为稳定的统计结果统计结果。第六十页，本课件共有62页1.4 蒙特卡洛方法1.4.1 辐射传递因子 辐辐射射传传递递因因子子RDij 的的定定义义为为：在在一一个个换换热热系系统统中中，由由单单元元 i 辐辐射射出出去去的的能能量量被被单单元元 j 吸吸收收的的份份额额。比比较较角角系系数数Xij 的的定定义义：在在一一个个换换热热系系统统中中，由由单单元元 i 辐辐射射出出去去的的能能量量到到达达单元单元 j 的的份额份额。第六十一页，本课件共有62页本研究获：本研究获：国家自然科学基金、国防科技预研、国防国家自然科学基金、国防科技预研、国防科技预研基金、航天预研、光华基金、霍科技预研基金、航天预研、光华基金、霍英东基金、教育部博士点基金的资助。英东基金、教育部博士点基金的资助。谢谢！谢谢！请指正。请指正。第六十二页，本课件共有62页