求解輻射傳遞方程的DRESOR法及其應(yīng)用.pdf

1、輻射強(qiáng)度空間高方向分辨率分布對(duì)于反演輻射傳熱系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)參數(shù)和源項(xiàng)等理論問(wèn)題，以及解決大尺寸燃燒系統(tǒng)(如燃煤鍋爐和大型加熱設(shè)備)內(nèi)燃燒可視化等實(shí)際問(wèn)題具有重要價(jià)值。本文提出一種求解輻射傳遞方程的新方法----DRESOR法。具體工作如下：
　　 ⑴首先給出DRESOR法求解輻射傳遞方程的具體推導(dǎo)過(guò)程，建立了采用基于蒙特卡洛法的DRESOR法求解輻射傳遞方程的基本原理和方法。在具有不同邊界條件的各向同性一維灰性平行平板系統(tǒng)中驗(yàn)證了D

2、RESOR法求解輻射傳遞方程的有效性和準(zhǔn)確性。通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)DRESOR法一些有吸引力的優(yōu)點(diǎn)，例如輻射強(qiáng)度對(duì)不同發(fā)射源的線性可加性和求解的輻射強(qiáng)度自動(dòng)滿足邊界條件等，這些特點(diǎn)使得DRESOR法便于采用并行計(jì)算研究復(fù)雜輻射傳熱系統(tǒng)和處理復(fù)雜的邊界條件。
　　 ⑵用前向蒙特卡洛法和逆向蒙特卡洛法在處理輻射源是平行光入射并且需要計(jì)算任意很小區(qū)域和很小立體角內(nèi)的入射輻射問(wèn)題時(shí)，它們的計(jì)算效率非常低。本文中用基于蒙特卡洛法的DRESOR法處

3、理這類(lèi)問(wèn)題，在各向同性散射平行平板中求解有平行光入射的輻射傳遞問(wèn)題。在研究中，整個(gè) 空間立體角被離散成13087個(gè)小立體角，通過(guò)DRESOR法可以計(jì)算得到系統(tǒng)內(nèi)任意位置處的輻射強(qiáng)度在如此之多離散方向上的值，進(jìn)而得到任意位置處探測(cè)器在不同接收角下接收的輻射熱流，其值和相關(guān)文獻(xiàn)中結(jié)果吻合很好。
　　 ⑶在充滿顆粒云和燃燒氣固顆?；旌衔锏母邷叵到y(tǒng)中各向異性散射是一個(gè)基本特征。本文用DRESOR法在具有不同邊界條件的一維灰性平行平板中處

4、理各向異性散射問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：介質(zhì)的散射并不是不能改變介質(zhì)中能量的大小，實(shí)際上，更強(qiáng)的散射使得能量有更多的機(jī)會(huì)被介質(zhì)吸收，從而間接地改變了能量的大小；同時(shí)一個(gè)有趣的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)：散射介質(zhì)中的散射特性使得邊界輻射強(qiáng)度不能達(dá)到同溫度下黑體的輻射強(qiáng)度值，即使是光學(xué)厚度趨于無(wú)限大。
　　 ⑷目前在一些應(yīng)用領(lǐng)域，例如短激光脈沖對(duì)金屬的加工、小尺度系統(tǒng)傳熱、遙感測(cè)量、激光治療等，需要考慮瞬態(tài)輻射傳遞對(duì)事物特性變化的影響。本文用DRESOR

5、法在散射、吸收、無(wú)發(fā)射的一維平行平板中，處理不同周期和波形的序列脈沖平行入射條件下瞬態(tài)輻射傳遞問(wèn)題。通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算一單位入射輻射能對(duì)介質(zhì)的DRESOR數(shù)分布，就能計(jì)算任意波形序列脈沖入射輻射在系統(tǒng)內(nèi)的瞬態(tài)分布特性，簡(jiǎn)便的計(jì)算方式說(shuō)明DRESOR法處理序列脈沖入射問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，用DRESOR法還考察了不同波形平行入射、壁面反射、介質(zhì)散射率、光學(xué)厚度、各向異性散射等條件對(duì)輻射能傳播及瞬態(tài)輻射分布的影響。
　　 ⑸將DRESOR

6、法求解輻射傳遞問(wèn)題擴(kuò)展到二維矩形系統(tǒng)。在二維各向同性散射介質(zhì)中DRESOR法可以在半球空間立體角內(nèi)提供6658個(gè)方向分辨率的輻射強(qiáng)度分布。在二維各向異性散射輻射傳遞研究問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)，前向散射能有效提高輻射能量穿過(guò)介質(zhì)的能力，使對(duì)面邊界出射輻射強(qiáng)度最大；后向散射對(duì)輻射傳遞起阻礙作用，使對(duì)面邊界出射輻射強(qiáng)度最小。
　　 ⑹用能夠給出輻射強(qiáng)度在高方向分辨率上分布的DRESOR法建立輻射成像裝置中輻射圖像信息和三維不規(guī)則加熱爐內(nèi)溫度分布的

7、定量關(guān)系，這是爐內(nèi)燃燒可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。用建立的這種輻射成像計(jì)算關(guān)系式，結(jié)合三維溫度場(chǎng)重建技術(shù)，在武漢鋼鐵(集團(tuán))公司一個(gè)工業(yè)加熱爐內(nèi)開(kāi)展了三維溫度場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)研究。為了對(duì)用DRESOR法建立的輻射成像計(jì)算關(guān)系式和系統(tǒng)檢測(cè)的三維溫度分布進(jìn)行驗(yàn)證。在工業(yè)爐內(nèi)進(jìn)行了火嘴調(diào)試試驗(yàn)和在線實(shí)時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)證明，本系統(tǒng)能準(zhǔn)確直觀的反映不同工況下，爐內(nèi)溫度分布及板坯溫度分布的變化情況，和熱電偶最大測(cè)溫誤差在40 以?xún)?nèi)，相對(duì)誤差在5％以