热分析中辐射传递系数的迭代计算-红外技术.PDFVIP

第26 卷 第6 期 红 外 技 术 Vol.26 No.6 2004 年11 月 Infrared Technology Nov. 2004 * 热分析中辐射传递系数的迭代计算 1 1 1 1 2 2 2 沈国土 ，杨宝成 ，蔡继光，姜 谨 ，高 景 ，夏樟根 ，朱文勇 （1. 华东师范大学光谱学与波谱学教育部重点实验室，华东师范大学物理系，上海 200062 ； 2.上海交通大学物理系，上海 200030 ） 摘要：为了获得计算辐射传递系数的另一种方法，在角系数的概念基础上，应用能量守恒原理利用数 值迭代方法在郎伯体情形下，计算了辐射传递系数，该方法分离了计算难度，在把此方法应用到海面 物体的红外特性分析中时大大提高了计算效率。 关键词：辐射传递系数，角系数，迭代法 中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2004)06-0009-04 引言 [1,2] 辐射角系数的概念在很多工程热分析中应用 ，而对于角系数的计算方法研究人员也做了大量的工作。但 是针对大多数应用实例来说一般都采用灰体辐射的假设，因此人们提出了辐射传递系数的概念（基于净换热量 的概念），并且用蒙特卡洛方法实现了其数值计算[3] 。该方法具有很多优点，仅仅从辐射传递系数计算的角度来 看，这种方法既考虑了面元之间的几何遮挡关系，也可以采用不同的面元发射及反射模型；而从最后温度场求 解的角度来看，则可以只需对真温未知数进行求解，而使需求解的方程组维数减小一半。同时该方法还可用于 角系数的数值计算，其思想是某个面元发射到另一个面元后被该面元吸收而不再根据反射概率模型进行反射。 不过该方法也有一定的缺陷，一方面是计算时间相对比较长，另外一方面是一旦系统中某个面元的反射模型发 生变化，就要重新计算一遍辐射传递系数。考虑到大多数的应用情形是采用漫射灰体近似，提出只要在郎伯体 近似下获得角系数以后可以采用迭代法求解辐射传递系数，并将此方法成功应用到了海面物体的传热分析中。 1 计算模型 在文献[3] 中面元k 对面元k’的辐射传递系数含义为：面元k 的本身辐射经一次投射，及经系统中其它各面 元一次或多次反射后，最终被面元 k’吸收的份额。它已包含了面元 k’ 的面积和表面吸收率的影响，文献[3]中 该系数的计算用蒙特卡洛法。其思想如下： ①首先从面元k 上根据发射概率模型(1)和(2)发出一条射线； π θ ( ) sin cos / 2 ( ) sin cos θ θ θ θ θ θ θ θ Raθ ∫ f d ∫ f d (1) 0 0 Ra ϕ/ 2π (2) ϕ 这里θ和ϕ分别是以发射面元为坐标系时射线的天顶角和方位角，f (θ)是与天顶角有关的吸收率或发射率， 沿方位角认为是均匀的，Raθ 和Raϕ 分别为两个随机数。 ②然后确定第一个与该射线相交的面元序号及在该面元上的交点，再根据反射概率模型确定该射线是否被 吸收，还是被反