半透明材料相变过程中热辐射效应研究

摘要

半透明介质内的辐射及相变的耦合换热,在动力、冶金、化工、医学，航空航天多个领域有广泛的应用。半透明介质辐射与相变过程涉及到复杂的热物理现象，其温度场和速度场是固液相变、辐射换热和对流换热等多种机理共同作用的结果，尤其是在高温相变过程中，辐射换热量大，所以内部辐射换热对相界面移动及整个温度场的影响很大，高温相变中考虑辐射因素是必要的。所以半透明介质内辐射与相变耦合过程可以分解成三个问题来考虑，即相变问题，辐射传输问题以及相界面追踪问题,本科题针对上述三个问题逐个攻破，最后再将辐射和相变进行耦合计算求解。本课题用无网格伽辽金结合焓方法求解相变过程中的焓场，通过焓与温度的关系求出温度场。用离散坐标法结合无网格法求解辐射传递方程，求出辐射源项，将辐射源项带入焓方程中迭代求解。本文主要用无网格伽辽金法离散辐射传递方程和焓方程，相变过程是非连续过程，无网格法无需通过划分网格来联系结点之间的关系，而是直接联系结点信息，在处理非线性变化问题上有一定优势。
　　本文首先建立了无网格伽辽金法求解非稳态导热微分方程的数值模型，并根据数值模型用MATLAB编程。为了验证数值模型和程序的正确性，做了一维无限大平板第二类以及第三类边界条件下温度场的计算，并且通过与有限元解比较，无网格法在求解非稳态导热问题时精度较高。基于求解导热问题的数值模型，建立了无网格伽辽金法求解焓方程的数值模型，并且进行了相应的算例分析，分析比较了不同斯蒂芬数下的一维无限大平板中水凝固的过程中温度场和液相率的变化，并且和有限元法和有限体积法做了比较。随后建立了求解辐射传递方程的无网格伽辽金工作模型，用离散坐标法离散坐标，用无网格法离散控制方程，并且做了算例分析，比较了不同发射率和不同光学厚度下温度场的变化。最后建立辐射和相变耦合计算模型，将求解辐射传递方程中的辐射源项带入焓方程中求解。并且通过算例分析了不考虑内部辐射，不同光学厚度，不同反照率状态下的温度场和固相率的变化。

目录

半透明材料相变过程中热辐射效应研究

STUDY ON THE RADIATION TRANSFEROF SEMITRANSPARENT MATERIALSIN PHASE CHANGE PROCESS

摘要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.3 课题研究内容和课题来源

第2章 伽辽金无网格法离散的基本过程

2.1 引言

2.2 移动最小二乘近似构造形函数

2.3 微分方程的离散方案

2.4 本章小结

第3章 无网格伽辽金法求解相变热传导问题

3.1 引言

3.2 无网格伽辽金法求解热传导问题

3.3 无网格伽辽金法求解相变问题

3.4 本章小结

第4章 无网格伽辽金法求解辐射与相变耦合换热

4.1 引言

4.2 无网格伽辽金法离散辐射传递方程

4.3 无网格伽辽金法求解辐射与相变耦合问题

结 论

参考文献

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