半透明复合结构的辐射—导热耦合传热特性

发布时间：2017-08-03 11:09

  本文关键词：半透明复合结构的辐射—导热耦合传热特性

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【摘要】：辐射—导热耦合传热是指当热辐射与热传导在同一时间,同一地点共同发生并相互影响,高温下半透明介质内的能量传递便是以热辐射与热传导耦合传热作为主要方式,如果仅考虑辐射传热或热传导,则会给传热问题的研究带来偏差。半透明介质在光学探测、太阳能利用、通讯领域和航天技术中具有重要应用价值,近年来,随着航天科技的发展,对热防护技术提出更高的要求,因此针对多层半透明介质内辐射—导热耦合传热问题的研究具有重要的意义。本文以基于有限体积法的开源计算程序库OpenFOAM为研究工具,对该程序库中的辐射计算模型进行改进,建立求解方法并进行计算分析,具体的研究内容主要包括以下几个方面:(1)采用有限体积法对能量方程以及辐射传递方程进行离散,并对温度进行联立求解;建立可以处理各项异性散射,进行分光谱求解的计算方法;建立包含镜反射、漫反射、半透明边界以及不透明边界等辐射边界条件;针对复合层内辐射—导热耦合传热问题,采用分区域求解方法,建立复合层界面条件,使介质层间的计算信息通过界面进行传递;(2)通过与相关文献进行对比,验证所建立计算方法的准确性,验证包括一维至三维问题、瞬态问题、光谱模型以及镜反射与漫反射等内容,分析结果表明了该计算方法正确性,同时具有广泛的适用性,为辐射导热—耦合传热问题的研究提供了有利的工具;(3)对三维复合结构半透明介质为研究对象,分析了辐射导热参数、镜反射与漫反射辐射边界条件、介质折射率、散射相函数与光谱辐射特性等因素对其辐射—导热耦合传热特性的影响。
【关键词】：辐射—导热耦合传热 半透明介质 复合层 传热特性
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 单层介质辐射—导热耦合传热研究进展13-14
• 1.2.2 多层介质辐射—导热耦合传热研究进展14-16
• 1.2.3 有限体积法求解辐射传递问题的研究进展16-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 第2章 数学模型与求解方法18-29
• 2.1 数学模型18-21
• 2.1.1 能量方程与热边界条件18-19
• 2.1.2 辐射传递方程与辐射边界条件19-20
• 2.1.3 界面条件20-21
• 2.2 基于有限体积法的求解方法21-28
• 2.2.1 能量方程与热边界条件的离散22-24
• 2.2.2 辐射传递方程与辐射边界的离散24-26
• 2.2.3 复合层结构的求解方法26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 计算方法准确性分析29-41
• 3.1 单层问题准确性分析29-36
• 3.1.1 镜反射与漫反射边界验证29-32
• 3.1.2 二维瞬态问题验证32-34
• 3.1.3 三维问题验证34-36
• 3.2 复合层问题准确性分析36-40
• 3.2.1 双层介质问题验证36-39
• 3.2.2 谱带模型的验证39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 复合层结构传热特性分析41-61
• 4.1 辐射导热参数的影响41-44
• 4.2 镜反射与漫反射的影响44-48
• 4.3 介质折射率的影响48-52
• 4.4 各项异性散射相函数的影响52-57
• 4.5 光谱辐射特性的影响57-60
• 4.6 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 附录67-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71

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本文编号：614042