辐射离散坐标法在柱形炉膛中的辐射传热计算

利用离散坐标法对圆柱形炉膛辐射传热进行了计算,结果与计算精确的区域法的计算结果符合较好;同时又利用离散坐标法和热流法对旋流燃烧室温度场进行比较计算,结果表明：离散坐标法计算结果与文献中实验结果符合较好;离散坐标法具有较好计算精度,可应用旋流燃烧辐射计算中.     

新热流法计算矩形空腔内的纯辐射换热

采用新热流法计算了三维矩形空腔内参与性介质的纯辐射换热问题.新热流方程采用有限体积法进行离散并求解,比热流参数采用Monte-Carlo法计算.计算结果与区域法、热流法做了对比.对比结果表明,新热流法计算精度较好,是辐射传热过程数值模拟的一种优秀方法.     

离散格式对辐射换热有限体积法精度的影响

采用有限体积法计算了轴对称圆柱形介质以及立方体简化炉膛内的辐射传输问题,计算结果与离散传递法、蒙特卡洛法的结果相吻合.重点分析了不同网格离散划分方法(FVM1,FVM2和FVM3)对温度场、投射热流、净热流分布等计算精度的影响,同时考察了不同的角度离散格式(天顶角均匀划分法FA1,天顶角余弦均匀划分法FA2和圆周角4n式划分法FA3)与计算精度的关系.结果表明,采用FA3划分方案得到的计算结果较精确,而FA1和FA2方案结果误差较大,因此建议采用FA3方案进行角度离散.     

柴油机缸内辐射换热三维数值模拟

为了在自主开发的通用流体力学数值模拟软件GTEA上进行柴油机缸内辐射换热三维数值模拟,假设柴油机缸内气体为漫灰介质,基于非结构有限体积法(UFVM),研究了空间的非散射性辐射问题以及辐射换热三维数值计算方法。对六面体、圆柱体进行辐射换热数值方法验证,分析了不同的网格离散和立体角离散对计算结果的影响,并用此方法研究了TBD620型柴油机ω型燃烧室的辐射换热。结果表明:数值结果与精确解和文献中方法的结果吻合较好;当网格离散和立体角离散满足一定的对应关系时,才能得到更精确的计算结果;燃烧室中工质的吸收系数和温度对缸壁的热流量有一定的影响。     

贴体坐标系下复杂形体介质内辐射传递研究

为了解决复杂几何形体介质辐射传递的求解问题，推导了贴体坐标系下有限体积法的计算公式，编制了计算程序，并与射线踪迹法、离散坐标法及其他方法进行了比较，结果表明，该方法计算结果准确．以椭圆柱腔体内辐射传递为例，研究了衰减系数对温度场的影响，衰减系数较小时，随衰减系数的增加，对温度场的影响也增加；考察了各向同性散射及各向异性散射条件下，反照率等对壁面热流的影响，对于各向异性散射，衰减系数较大时，反照率对于壁面热流的影响较大．     

大口径光学透镜瞬态温度场模拟

为考察热辐射效应对光学元件稳、瞬态温度场的影响,给出了考虑辐射和导热耦合换热情况下复杂几何结构光学透镜稳、瞬态热特性的适体坐标下离散坐标法.对喷管形和圆柱形介质进行计算并与其他方法比较表明,建立的适体坐标系下辐射与导热耦合换热计算方法精度较好.对两端为球缺中间为圆柱的大口径透镜内的辐射与导热耦合换热过程进行了数值模拟.计算结果表明,为了精确地预测半透明介质如透镜内的温度分布,应该考虑辐射与导热耦合作用,且应当考虑介质的光谱特性.     

有限体积法求解立体角离散误差

为解决采用有限体积法求解辐射传输方程时引起离散误差的问题,从有限体积法立体角内热流密度的求解过程出发,运用泰勒级数推导了近似误差的表达式,并分析影响离散误差的各种因素,包括离散射线数,辐射强度分布,假散射及网格比.根据分析结果,采用辐射强度的连续分布模型,模拟了各种因素对误差的影响.结果表明,辐射强度的分布函数对于有限体积法的离散误差有一定程度影响.当增加网格数及减小网格尺寸比时,可以有效地减小离散误差.假散射与离散误差间呈较强的非线性耦合关系.     

有限体积法求散射性介质辐射传递及耦合换热

由于对不规则边界适应性强及处理各向异性散射方便等优点，有限体积法近年成为求解复杂几何形状、散射性介质内辐射传递的有力方法之一。利用有限体积法计算了一维各向异性纯散射介质内的辐射传递，其结果与理论解吻合较好。此外，借助该有限体积法模型，计算了吸收、散射性半透明介质内的导热和辐射耦合换热温度场，分析了散射相承数对温度分布的影响，与各向同性散射相比，前向散射使介质低温侧的温度升高，而使介质高温侧的温度降低，而后向散射的作用相反。     

微分单元法分析圆柱内各向异性散射介质热辐射

自发辐射燃烧诊断技术对获取燃烧系统内高方向分辨率辐射强度有强烈需求。利用微分单元法数值稳定、易于实施的特点，构建一种能在圆柱坐标系各向异性散射介质中，获取角度和空间上高分辨率辐射强度的辐射模型。在模型分析中，将辐射强度进行三维高阶离散；针对辐射传递方程的强对流特性，提出一种迎风方案抑制数值振荡；对于辐射边界存在的强间断奇异点，采用双层节点方案进行捕捉。与解析解对比发现，基于微分单元法的辐射模型能够实现辐射强度的高分辨率刻画，且具有高阶精度；与蒙特卡罗法结果对比，验证了此模型的准确性和有效性。进一步刻画辐射强度在角度和空间上的三维分布，证明迎风方案可以有效抑制数值振荡、实现稳定计算。     

混凝土结构破坏过程的离散单元法模拟

介绍了适于混凝土材料的离散单元模型的破坏准则、计算方程以及弹簧系数等计算参数的确定方法.对在强制位移作用下的混凝土板变形及破坏过程进行了数值模拟和动画显示,并对钢筋混凝土梁在不同剪跨比情况下的破坏形态进行了模拟分析.算例与分析结果表明,离散单元法是模拟混凝土结构破坏的一种有效分析方法.     

漫反射下多层参与性介质内的耦合换热

用控制容积法结合射线踪迹法研究了辐射与对流边界条件下,三层参与性介质复合层内的瞬态耦合换热,吸收、发射性复合层的两侧表面及内部各层间的交界面均为半透明漫反射,采用射线踪迹法建立了一层和二层辐射传递模型;通过跟踪辐射能量,导出三层参与性介质内的辐射传递系数,将辐射源项用辐射传递系数表示,应用Aatankar方法将辐射源项式线性化,采用三对角阵算法求解线性化方程组即可得瞬态温度场,考察了对流换热系数、吸收系数对三层复合层瞬态耦合换热的影响。     

燃烧过程中气体辐射特性分析

水蒸气、二氧化碳和一氧化碳是燃烧过程中的气体生成物,对燃烧系统内的辐射换热有重要影响。比较2个窄谱带数据库参数,即SoufianiTaine数据库和RiviereSoufiani数据库,针对参与性气体的非灰辐射特性,采用统计窄谱带模型考察水蒸气、二氧化碳和一氧化碳3种气体的光谱透射率。结果表明,基于RiviereSoufiani数据库的计算结果与逐线法基准解吻合较好,SoufianiTaine数据库偏差较大。引入离散坐标法,利用2个窄谱带数据库和统计窄谱带关联K模型,研究一维、二维和三维火焰的辐射换热情况,比较发现,采用2个数据库所得的辐射热流和辐射密度差别不大,仅在温度跃变处相差较大。     

高温介质短管耦合换热中的热流分布与辐射作用

通过数值模拟短管内常物性高温介质的辐射与对流耦合换热，研究了壁面热流及介质内的热流分布特征，考察了介质辐射作用对热流分布的影响，管内流动为层流正在发展流，介质为吸收发射性灰介质，换热与流动同时发展，采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的辐射传递方程，以获得辐射换热项，并将该项作为耦合换热能量方程的源项处理，采用控制容积法离散能量方程和N－S方程，并用SIMPLEC算法进行失代求解，结果表明，高温介质辐射不仅对壁面热流和局面努谢尔数分布有重要影响，而且使介质内径向热流分布发生较大改变。     

Application of entransy dissipation extremum principle in radiative heat transfer optimization

The concepts of entransy flux and entransy dissipation in radiative heat transfer were introduced based on the analogy with heat conduction and heat convection processes. Entransy will be partially dissipated during the radiative heat transfer processes due to the irreversibility. The extremum principle of entransy dissipation was developed for optimizing radiative heat transfer processes. This principle states that for a fixed boundary temperature the radiative heat transfer is optimized when the entransy dissipation is maximized, while for a fixed boundary heat flux the radiative heat transfer process is optimized when the entransy dissipation is minimized. Finally, examples for the application of the entransy dissipation extremum principle are presented. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2007CB206901)     

Finite element analysis for radiative heat transfer in multidimensional participating media

A finite element model is developed to simulate the radiative transfer in 2D and 3D complex-geome-tric enclosure filled with absorbing and scattering media. This model is based on the discrete ordinates method and finite element theory. The finite element formulations and detailed steps of numerical calculation are given. The discrepancy of the results produced by different space and solid angle discretization is also investigated and compared. The effect of the six-node quadric element on the accuracy is analyzed by a 2D rectangular enclosure. These results indicate that the present model can simulate radiative transfer in multidimensional complex-geometric enclosure with participating media effectively and accurately.     

计算辐射传热的二阶假想面法

对二阶假想面法辐射传热数值计算模型的基本原理和数学过程进行了全面的分析。通过计算实例与原假想面法（一阶假想面法）、经典区域法相比较，证明了二阶假想面法的计算精度较之原假想面法有很大程度的提高。