CFD模擬中的氣體輻射換熱計(jì)算研究.pdf

1、在工業(yè)生產(chǎn)中，輻射換熱通常是氣缸、燃燒室、爐膛等燃燒設(shè)備中的主要的換熱方式之一。燃燒室里是高溫高壓的燃燒氣體，存在輻射換熱和對(duì)流換熱;對(duì)于大型的燃燒設(shè)備，輻射換熱往往占主導(dǎo)地位。精確地模擬燃燒室內(nèi)的氣體輻射換熱對(duì)燃燒室內(nèi)總的熱平衡和燃燒室局部過(guò)熱分析至關(guān)重要。同樣，隨著航天、軍工等信息技術(shù)的發(fā)展，火箭尾噴焰探測(cè)、目標(biāo)紅外的捕捉、飛行器的熱防護(hù)設(shè)計(jì)等使得氣體輻射的研究越來(lái)越重要。因此準(zhǔn)確而有效的計(jì)算氣體輻射換熱對(duì)諸多工程和研究領(lǐng)域都非常重

2、要。然而，由于熱輻射強(qiáng)度一方面空間上隨位置和角度變化;一方面，水蒸氣、二氧化碳等極性分子氣體不像固體那樣發(fā)射隨波長(zhǎng)連續(xù)變化的輻射，而是依賴(lài)于波長(zhǎng)，選擇性吸收和發(fā)射熱輻射;從而導(dǎo)致精確模擬氣體輻射換熱的難度加大。
　　現(xiàn)階段氣體輻射換熱的計(jì)算方法主要有實(shí)驗(yàn)法和光譜法。由于高溫高壓條件下，實(shí)驗(yàn)成本非常高，同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果易受實(shí)驗(yàn)設(shè)備的影響，使得高溫實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行有一定難度。CFD數(shù)值模擬發(fā)展多年，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)及科學(xué)領(lǐng)域，其精度已經(jīng)能夠全

3、部或部分取代實(shí)驗(yàn)。氣體輻射不同于其它物質(zhì)的關(guān)鍵之處在于氣體輻射具有很強(qiáng)的光譜選擇性，吸收發(fā)射的光譜主要集中在一些特定的波長(zhǎng)間隔（帶）內(nèi)。整個(gè)熱輻射光譜范圍內(nèi)有數(shù)萬(wàn)個(gè)波數(shù)，根據(jù)波數(shù)范圍可以分成多個(gè)譜帶，譜帶內(nèi)則集中了成千上萬(wàn)根譜線(xiàn)。同時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算氣體輻射換熱需要高分辨率的光譜輻射特性參數(shù)（主要包括譜線(xiàn)強(qiáng)度、譜線(xiàn)位置、譜線(xiàn)形狀以及譜線(xiàn)半寬）。于是在CFD計(jì)算中采用精確的譜帶模型法的計(jì)算量非常大，且過(guò)于費(fèi)時(shí)。本文針對(duì)氣體輻射的研究主要采用以下