蒙特卡洛法求二维矩形散射性介质内的辐射传递

引入辐射传递因子RDij的概念，由于该因子与温度的关系较小，因此可以将蒙特卡洛法模拟与温度场的迭代求解分开来进行。建立任意几何形状条件下蒙特卡洛法求解辐射传递因子的计算模型，并对二维矩形黑体及灰体壁面条件下的纯散射灰介质内辐射传递问题进行了模拟计算。其中，黑体壁面计算结果与文献[5,6]的结果吻合较好。另外，计算了二维矩形灰体壁面、灰体吸收散射性介质内的温度场及壁面热流分布，其结果可以供比较参考。     

哈尔滨地区气溶胶粒子光学常数的实验研究

气溶胶广泛存在于环境中,对人的健康和气候有着不可忽略的影响,因此,对气溶胶的检测是环境科学领域的一项重要研究工作。本文采用透射法测量气溶胶粒子系的红外光谱透射率,并结合Mie理论和K-K关系式反演获得哈尔滨地区气溶胶粒子的等效光学常数,为哈尔滨地区气溶胶的监测提供数据参考。结论如下:对文献中的煤灰粒子的光学常数的反演表明本文所用反演模型是可靠的;哈尔滨地区沙尘暴天气与晴朗天气所采集的气溶胶粒子的等效光学常数变化规律基本相同,其实部在1.45和1.7之间,而虚部在0和0.3之间。     

采用GMM方法分析聚集粒子的辐射特性

采用广义多粒子M ie理论(GMM)研究了由球形微粒组成的聚集粒子的衰减因子、散射因子、散射相函数等辐射特性参数,考虑单元粒子之间的相互作用,与M ie理论计算的辐射特性参数(不考虑单元粒子之间的相互作用)进行分析比较.结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用所得的聚集粒子辐射特性存在着差异,这种差异随着粒子间的距离、尺度参数的变化而改变,并且具有一定的规律.同时,分析了聚集粒子与等效(等体积或等面积)单粒子之间的辐射特性差异对辐射传输计算的影响,研究发现:考虑相互作用的聚集粒子组成的粒子系与等效球粒子系的温度场之间有明显的差异,相对偏差的最大值约20%,因此,在计算聚集粒子组成的粒子系的温度场时不能忽略粒子间的相互作用.     

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.     

复合材料表面双向反射分布函数实验研究

为研究泡沫铝、铝基石墨纤维、镁基石墨纤维和碳纤维铝等特种复合材料的表面红外辐射及散射特性,测量了其表面双向反射分布函数(BRDF)值.利用自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测试台,分别在0.6328、1.34、3.39 μm波段下,测量了上述材料在不同入射角下的表面双向反射分布函数值.实验结果表明:各种复合材料表面在可见光(0.6328 μm)波段的BRDF值分布在O.3区域内,且多呈镜反射状态;而在近中红外(1.34 μm和3.39 μm)波段的BRDF值分布在0.08区域内,呈现出一定的漫反射特征,且分布强度比可见光波段低很多,反映出各表面对各波段的吸收率不同.     

采用DDA方法分析非球形粒子辐射特性

利用离散偶极子近似法(DDA)计算了三种几何形状、不同尺度参数、不同复折射率的非球形粒子随机取向时的衰减因子、反照率和散射相函数等辐射特性参数,并与等体积球形粒子进行了比较.分析结果表明:非球形粒子的辐射特性与等效球形粒子的辐射特性存在着差别,这种差别随着粒子的形状、尺度参数和复折射率等参数的变化而变化,并且具有一定的规律,同时存在一个临界尺度参数,此时非球形粒子与等效球形粒子的辐射特性差别可忽略不计.     

圆管状内壁面管口辐射传递的方向分布特性

为了得到圆管状内壁面通过管口辐射传递的方向分布特性,给出了圆管状内壁面单元间辐射传递系数RD的蒙特卡罗求解方法,研究了当内壁为等温灰体、漫发射、漫反射时,管内壁发射率、管长与半径比的变化对管口表面当量定向发射率的影响,结果表明：总趋势为管长与半径比增加,管口表面当量定向发射率极值点向小角度的天顶角方向移动,在管长与半径比较大时,随管长增加、管内壁发射率ε减小,管出口表面较小天顶角方向当量定向发射率增大。     

散射性半透明介质内红外热辐射与相变耦合换热

半透明介质的相变传热必须考虑介质内红外热辐射传输的影响.研究了二维矩形吸收、发射、各向同性散射性半透明介质的凝固过程.假设凝固发生在某一温度区间,因此须考虑液、糊、固三个区域.采用有限体积法求解基于焓的能量方程,蒙特卡洛法求解红外热辐射传输.一维相变导热、二维瞬态红外热辐射与导热耦合换热的结果与文献进行了比较,吻合较好...     

Study on optical constants inversion and infrared transmission characteristics of aerosol particles

Based on the experimental infrared spectral transmittances,an inverse model has been developed to determine the optical constants of the aerosol particles (SiO2 and Al2O3).Combined with the Mie theory and Kramers-Kronig (K-K) relations,the complex refractive indices of the SiO2 and Al2O3 particles are retrieved.The effects of the measurement errors on the inverse results are also investigated.With the optical constants inversed from the experiment,the discrete ordinate method (DOM) is used to calculate the infrared transmission characteristics of the aerosol particle cloud.Considering the multi-scattering and self-emission of the particles,the equivalent transmittance ratio (ETR) is suggested to evaluate the infrared transmission characteristics of the aerosol particles.Particular attention is given to analyze the effects of the volume fraction and diameters on infrared transmission characteristics.When the volume fraction is larger than 0.001,the particle diameter has little effect on the infrared transmission characteristics.For the uniform monodisperse particles in the detection waveband range of 3-5 μm and 8-12 μm,there exists a critical diameter where the ETR reaches the minimum value.In addition,the ETR of 3-5 μm is smaller than that of 8-12 μm with the same volume fraction and particle diameter.     

导弹尾喷焰红外辐射特性有限元法研究

在给定浓度场、温度场、粒子和气体组分辐射物性参数的条件下，通过插值方法对于给定物性进行回归，使其变为坐标的多项式函数关系式，同时将分区有限元模型用于导弹主动段尾喷焰红外光谱辐射特性计算。考虑粒子散射的情况，计算了2．7μm、4．3μm波长处的光谱出射辐射强度场；通过与贴体坐标系下的有限体积法的计算结果比较，证明了分区有限元模型的正确性和可行性。最后，对提出的分区有限元模型的计算误差进行定性和定量分析。