表面不透明三层漫反射散射性介质耦合换热研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 第十届年会 论文编号:013178 表面不透明三层漫反射散射性 介质藕合换热’ 罗剑峰， 谈和平 夏新林 哈〔尔滨工业大学能潭科学与工程学院，哈尔滨150001) 摘要:本文采用射线踪迹、节点分析法研究了三层吸收、各向同性散射性介质层内的辐射和导热瞬态拐 合换热，复合层表面不进明漫反射，介质层交界面半透明漫反射。采用一层和二层辐射能A传递彼型 跟踪辐射能t在三层介质内的传递，从而推导出辐射传递系数。运用辐射传递系致求解辐射浑项，在 辐射对流边界条件下、采用全隐格式求解瞬态能t方程，并从机理上研究了辐射和导热拐合换热过程. 关健词:导热，辐射，瞬态，复合层 1 引言 半透明介质存在辐射和导热祸合换热，这种传热方式广泛地存在于工业应用中，如 航空发动机的阴热防护[[I]，玻瑞性能调治[21等.辐射热的传递和发射与介质的折射率、 吸收系数、散射系数存在密切联系，井且还要受到外界环劣的辐射和对流的影响。若介 质层表面不透明，则外界环境的辐射热将受到涂层的阻碍，不能直接与介质层交换。 许多文献均对半透明介质内的辐合换热进行了研究。Frankelhl研究了不透明黑表面 单层各向同性散射性介质内的辐射和导热精合换热:Siegel141采用双热流法结合格林函 数，研究了真空隔离层对各表面均半透明漫反射两层平行的、吸收散射性介质内藕合换 热的影响;Abulwafalll研究了镜漫反射条件下、两侧表面半透明和不透明时，单层各向 异性散射性介质内的辐合换热:Siegel阁研究了任意层吸收散射性介质内的辐射换热. 本文采用射线踪迹I节点分析法、在辐射与对流辐合换热边界条件下.研究了两侧 表面不透明三层吸收、各向散射性半透明复合层内的辐射和导热瞬态藕合换热，复合 层各交界面均半透明漫反射，其反射率由Fresnel模型和Snel折射定律所确定。 2 物理模型及离散的控制方程 如图I所示，由三层不同光学特性、热物性组成的复合层平板t于两个代表环境的 黑表面S_.和S+。之间，其温度分别为T-和T+ao:介.和Tg2为环境介夙空气)的温度， h,和h2为对流换热系数.复合层表面St和S2不透明，其发射率分别为go-,]、CZ和E3。 交界面P、Q均半透明漫反射.各介质层厚度、折射率、吸收系数和导热系数分别为 Lb伍=1,2,3),b,-b和几.将三层介质分别分成Mt、MZ、M，个控制体，用It、 12,几表示各层中的第了个节点，并沿厚度方向将各节点统一用i表示，则结点总数为 M,+2，节点。为表面S,，节点M,+1为表面S2.Kb和、随波长的变化用一组矩型谱 带近似。 对第b层介质的第i个控制体，其隐式离散化方程为: PbebAXi(Tim+一护)_ kmiw+ilTtm+t-Trr-e+1t1+Wl}m+i f1) 吸a习彻 ，国家杰出青年科学基金(编号、国家自然科学基金(编号: 资助课题 2第一作者联系电话:0451-6413221,Email:Luojianfeng@ 54习 式中，m;为控制体i的辐射源项: 、==Q。NkL=B1{兰、L}I/}SwiJlkd}o_一oA么k.T、SlTs4,一n}J2ArYi5s1},kd,o-:nA俪kTjT}4} +兔j·=1C}}J2.krLYjviJlkd.o-一oA、kTJTj4一n.2kV[Vflko-o`4kT741] 15i5对， (2) 一;，、:】:一。AAk*,T，、s2TS42一、V[iS2】kd.o-vAk.Tg2TS42} S- S, S2 S+m noED1