高方向分辨率輻射強(qiáng)度及表面輻射特性計(jì)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(dāng)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(nèi)不會改變，提高燃煤電站鍋爐的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)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(shè)備中，輻射換熱是一種主要的傳熱方式，準(zhǔn)確地計(jì)算輻射換熱量對于鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)等有重要的指導(dǎo)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(jì)算是逆問題求解的前提，同樣具有重要意義。本文根據(jù)實(shí)際逆問題分析的需要，致力于發(fā)展一種

2、適應(yīng)對象廣、計(jì)算效率高的高方向分辨率輻射強(qiáng)度計(jì)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(yīng)用到非均勻散射介質(zhì)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(zhì)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(zhì)的位置，文中對反射熱流雙峰分布現(xiàn)象的存在條件進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。在DRE

3、SOR 法基礎(chǔ)上文中提出了迭代DRESOR 法，該方法將DRESOR 法計(jì)算得到的高方向分辨率輻射強(qiáng)度結(jié)果作為初始值，代入到積分形式的輻射傳遞方程進(jìn)行迭代。通過與精確解比較，DRESOR 法的計(jì)算誤差為4％左右，迭代DRESOR 法在不增加很多計(jì)算時間的條件下能把計(jì)算誤差減小到0.02％以下，具有相當(dāng)好的計(jì)算精度。文中還提出了改進(jìn)離散坐標(biāo)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(jì)算得到高方向分辨率的輻射強(qiáng)度，利用這些輻射強(qiáng)度結(jié)果可以計(jì)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(zhì)和壁面的非均勻發(fā)射引起的射線效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行了研究，通過與文獻(xiàn)中的基準(zhǔn)解比較，表明該方法能夠很好地消除傳統(tǒng)離散坐標(biāo)法中的射線效應(yīng)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(zhì)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(chǎn)生明顯影響，當(dāng)壁面溫度和介質(zhì)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(qiáng)度和輻射熱流的影響。結(jié)果表明不同反射特性壁面對方向輻射強(qiáng)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(jìn)一步討論了不同介質(zhì)光學(xué)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(shí)際應(yīng)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(guān)注。在熱光伏發(fā)電和太陽能利用領(lǐng)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(jié)構(gòu)表面的光譜吸

7、收特性，分析了簡單和復(fù)雜柵格結(jié)構(gòu)下?lián)诫s硅的輻射特性變化。同時，分析了表面微小結(jié)構(gòu)變化對光譜輻射特性的影響，結(jié)果表明微結(jié)構(gòu)表面中微小的結(jié)構(gòu)改變可以使柵格結(jié)構(gòu)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(diào)整附著微小結(jié)構(gòu)體的位置和大小來控制。這不但給微納米材料加工過程產(chǎn)品質(zhì)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(jìn)行調(diào)整以達(dá)到實(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，顯示了該方法具