《非光滑折射率介質熱輻射傳遞》是依託哈爾濱工業大學，由易紅亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非光滑折射率介質熱輻射傳遞
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：易紅亮
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半透明介質折射率非光滑問題是指折射率分布函式零階或一階導數不連續的半透明介質內的熱輻射傳遞問題。梯度折射率輻射傳遞方程針對非光滑折射率介質全場求解失效。折射率的非光滑效應將強化熱輻射傳遞機制的複雜性，導致介質內特殊的輻射傳遞規律，以及因折射率間斷或其空間導數不存在而增加輻射傳遞求解的難度。圍繞自然界和工程中出現的這一類共性問題，本課題採用數值模擬方法研究折射率連續非光滑分布的介質、高維多層梯度折射率介質及半透明相變介質內的輻射傳遞問題，還將採用實驗手段研究多層半透明介質的方向輻射特性。建立精確的數值模擬方案和有效的實驗測試手段，闡明非光滑折射率介質內的輻射傳遞機制，揭示這類介質輻射傳遞及瞬態耦合傳熱規律的特殊性。本項目涉及介質輻射、液-固相變傳熱、梯度折射率光學與計算物理等理論，屬於多學科交叉性研究。本課題將拓寬和深化介質熱輻射、耦合傳熱及相變傳熱的研究內涵，推動相關學科與相關技術的發展。
結題摘要
“非光滑折射率介質熱輻射傳遞”在半透明材料固液相變、大氣輻射等領域有廣泛的套用背景，涉及到非均勻介質輻射傳熱、對流換熱、輻射-導熱耦合換熱、輻射-對流耦合換熱、輻射-相變耦合換熱等研究內容。在與該課題相關的這些研究領域，我們取得了如下研究成果。 率先建立了基於自然鄰點插值的求解輻射傳遞方程的自然元模型，並將其用於模擬多維複雜形狀介質、梯度折射率介質內的輻射傳熱問題，獲得了穩定、精確的數值解。建立了求解輻射傳遞方程的迎風配點無格線數值模型和迎風局部徑向基函式無格線法，它們皆能顯著改善輻射傳遞方程的強對流性質，對於強烈非均勻介質或衰減係數較小的介質輻射傳遞求解具有很好的穩定性，能有效消除數值解的非物理震盪。針對均勻介質，我們還提出了一種基於流出邊界強度插值修正的新方案，該方案易於實施，無需任何其他複雜穩定技術。數值結果與基準近似解比較表明，基於該方案的改進直接配點無格線法求解參與性均勻介質輻射傳遞，精度高、效率高，且具有極佳的數值穩定性。 我們分別建立了求解具有漫反射邊界、Fresnel邊界、梯度折射率與多層參與性介質瞬態輻射傳遞的一維格子-Boltzmann模型。為彌補傳統蒙特卡洛法求解瞬態輻射傳遞效率低下的缺陷，我們引入了時間平移與疊加原理，極大提高了蒙特卡洛法求解瞬態輻射傳遞的計算效率與精度。系統對比研究了界面反射模式對瞬態輻射傳遞的影響；發現在不同反射模式下，時域輻射信號存在很大差異：漫反射可強化前向散射，鏡反射可強化後向散射。 我們採用蒙特卡洛法結合任意多層模型，率先數值研究了一維梯度折射率介質偏振輻射傳遞問題。率先將時間平移與疊加原理引入到MCM，對一維散射性介質瞬態偏振輻射傳遞問題進行了系統深入的研究。時間平移與疊加原理的引入，使得MCM求解瞬態偏振問題的計算精度及效率與穩態偏振問題無異。為克服採用MCM求解偏振輻射傳遞問題效率低下這一瓶頸，我們率先建立了求解散射性介質偏振輻射傳遞的基於移動最小二乘近似的直接配點無格線法。 構建了格子Boltzmann-直接配點無格線混合算法用於求解半透明流體介質輻射——對流耦合傳熱問題，率先研究了半透明流體自然對流分叉與雙解現象，發現了輻射性流體具有更加穩定的流動結構。 輻射變物性是半透明介質相變傳熱研究的關鍵和難點，我們率先研究了半透明材料相變過程中輻射物性隨時空變化情況下的輻射-導熱耦合傳熱問題。
