高方向分辨率輻射強度及表面輻射特性計算研究.pdf

1、提高現(xiàn)有能源系統(tǒng)的利用效率和發(fā)展可再生新能源成為解決當前能源問題的主要途徑。煤炭作為我國的主要能源形式在短期內不會改變，提高燃煤電站鍋爐的運行安全性和經(jīng)濟性是提高能源利用效率的重要途徑。在燃煤電站鍋爐這種高溫設備中，輻射換熱是一種主要的傳熱方式，準確地計算輻射換熱量對于鍋爐系統(tǒng)設計等有重要的指導意義。同時，在溫度場檢測等逆問題分析過程中，輻射傳遞過程的計算是逆問題求解的前提，同樣具有重要意義。本文根據(jù)實際逆問題分析的需要，致力于發(fā)展一種

2、適應對象廣、計算效率高的高方向分辨率輻射強度計算方法。
　　 本文把本課題組提出的DRESOR（Distributions ofRatios of Energy Scattered Or Reflected）法推廣應用到非均勻散射介質的瞬態(tài)輻射傳遞過程，利用該方法分析了瞬態(tài)脈沖信號在介質中的傳播規(guī)律，反射熱流信號的雙峰分布現(xiàn)象能夠很好地反映出非均勻散射介質的位置，文中對反射熱流雙峰分布現(xiàn)象的存在條件進行了較為詳細的分析。在DRE

3、SOR 法基礎上文中提出了迭代DRESOR 法，該方法將DRESOR 法計算得到的高方向分辨率輻射強度結果作為初始值，代入到積分形式的輻射傳遞方程進行迭代。通過與精確解比較，DRESOR 法的計算誤差為4％左右，迭代DRESOR 法在不增加很多計算時間的條件下能把計算誤差減小到0.02％以下，具有相當好的計算精度。文中還提出了改進離散坐標法，該方法利用DOS+ISW（Discrete Ordinates Scheme with Infi

4、nitely Small Weights）方法，能夠高效率地計算得到高方向分辨率的輻射強度，利用這些輻射強度結果可以計算其它輻射積分量，如輻射熱流、投射輻射等。文中利用該方法分別對由于介質和壁面的非均勻發(fā)射引起的射線效應現(xiàn)象進行了研究，通過與文獻中的基準解比較，表明該方法能夠很好地消除傳統(tǒng)離散坐標法中的射線效應現(xiàn)象。在研究數(shù)值方法的同時，本文還研究了不同的介質和壁面條件對輻射傳遞過程的影響。壁面的溫度和反射率對輻射系統(tǒng)的平衡狀態(tài)和系統(tǒng)發(fā)

5、射率產生明顯影響，當壁面溫度和介質溫度相等或者壁面為全反射表面時，任何其他條件下系統(tǒng)均為黑體發(fā)射。文中還討論了一維輻射系統(tǒng)中單壁面發(fā)射條件下不同的壁面反射特性（鏡反射或漫反射）對輻射強度和輻射熱流的影響。結果表明不同反射特性壁面對方向輻射強度的影響較為明顯，尤其在靠近該壁面區(qū)域。發(fā)射壁面和非發(fā)射壁面反射特性變化對輻射熱流的影響效果不同，發(fā)射壁面反射特性變化對輻射熱流的影響基本可以忽略，非發(fā)射壁面反射特性變化對透射熱流影響較小，對反射熱流

6、具有較為明顯的影響，文中進一步討論了不同介質光學厚度、散射率和散射相函數(shù)條件下非發(fā)射壁面反射特性變化對反射熱流的影響，為實際應用過程中需要考慮壁面反射特性影響的情況提供參考。熱光伏發(fā)電是一種有效的余熱利用方式，對于提高能源利用率意義重大。太陽能作為一種清潔的新能源也越來越受到社會的廣泛關注。在熱光伏發(fā)電和太陽能利用領域，合適的選擇性光譜吸收表面能夠有效地提高能源利用效率。本文中利用有限差分時域法研究了幾種不同摻雜硅周期性結構表面的光譜吸

7、收特性，分析了簡單和復雜柵格結構下?lián)诫s硅的輻射特性變化。同時，分析了表面微小結構變化對光譜輻射特性的影響，結果表明微結構表面中微小的結構改變可以使柵格結構體的吸收率峰值向波長大的方向移動，移動的幅度可以通過調整附著微小結構體的位置和大小來控制。這不但給微納米材料加工過程產品質量控制提供參考，同時還可以利用這些特性來對材料的輻射特性進行調整以達到實際的要求。文中還利用該方法研究了二維硅粗糙表面的反射特性，通過與實驗結果對比，顯示了該方法具