蒙特卡洛法求解多维非均匀介质瞬态辐射传输

摘要

皮秒和飞秒级别超短脉冲激光器的诞生带动了许多工业领域的发展。对超短脉冲激光在介质中的传输机理以及所引起的热物理现象的深入认识,是在工程和医学领域应用中至关重要的环节。瞬态辐射传输区别于稳态辐射传输,在介质中必然存在独特的物理现象,尤其在非均匀介质中。
　　非均匀介质广泛存在于自然界和工程应用中,典型的非均匀介质有浑浊介质、多层介质、梯度折射率介质等,如生物组织、航天器多层防护结构、大气和海水。很多领域均涉及该种介质的瞬态辐射传输求解问题,至今仍存在许多难点。
　　本文针对多维吸收、发射、散射非均匀介质瞬态辐射传输问题开展数值研究。应用改进的蒙特卡洛法建立了二维非均匀矩形介质辐射传输模型,并将杜哈梅叠加原理引入到求解方案,结合时域辐射传递因子的概念求解时域辐射信息。
　　本文研究内容主要如下:
　　(1)建立二维非均匀矩形介质瞬态辐射传输的蒙特卡洛模型,将其分别等效为一维均匀平板、一维多层介质、一维梯度折射率介质和二维均匀介质进行瞬态辐射计算,将结果与已有数据进行对比验证,并解释相关物理现象。
　　(2)建立二维多层介质瞬态辐射传输模型,计算矩形介质的瞬态辐射信息,并考虑各层交界面处镜漫反射特性对辐射信息的影响,以及反照率、折射率、光学厚度等光学特性对多层介质时域辐射信息的影响。
　　(3)在二维多层介质瞬态辐射传输模型的基础之上引入多层逼近的的思想,建立二维梯度折射率介质内的瞬态辐射传输模型,考虑折射率单向层状变化和径向正弦变化对时域辐射信息的影响,以及折射率、反照率、各向异性散射以及介质壁面镜漫反射特性对辐射信息的影响。

目录

蒙特卡洛法求解多维非均匀介质瞬态辐射传输

MONTE CARLO SIMULATION FOR TRANSIENT RADIATIVE TRANSFER IN MULTI-DIMENSIONAL INHOMOGENEOUS MEDIA

摘 要

Abstract

主要符号

第1章 绪 论

1.1 课题背景以及研究意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文主要研究内容

第2章 蒙特卡洛法求解非均匀介质内瞬态辐射传递

2.1 数学模型

2.2 蒙特卡洛模型

2.3 本章小结

第3章 一维非均匀介质瞬态辐射传输

3.1 一维均匀介质的计算

3.2 一维任意多层介质的计算

3.3 一维梯度折射率介质的计算

3.4 超短激光脉冲链

3.5 本章小结

第4章 二维非均匀介质瞬态辐射传输

4.1 二维均匀介质的计算

4.2 二维任意多层介质的计算

4.3 二维梯度折射率介质的计算

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致 谢

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