多體系統(tǒng)輻射導(dǎo)熱耦合換熱及表面輻射特性.pdf

1、輻射導(dǎo)熱耦合換熱在航空航天、能源利用等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，對(duì)輻射與導(dǎo)熱耦合問題的研究在提高能源利用效率、飛行器熱控制及絕熱材料熱分析等方面有重要價(jià)值。同時(shí)為進(jìn)行相關(guān)輻射換熱計(jì)算、光學(xué)測(cè)量及目標(biāo)探測(cè)等，需要對(duì)材料表面輻射特性進(jìn)行研究。本文對(duì)復(fù)雜物體間的表面輻射與導(dǎo)熱耦合換熱進(jìn)行了分析與計(jì)算，應(yīng)用離散坐標(biāo)法對(duì)物體間表面輻射換熱進(jìn)行計(jì)算，在得到表面輻射熱流后，以此作為邊界條件對(duì)物體內(nèi)部的導(dǎo)熱過程使用有限體積法進(jìn)行模擬，最終得到整體溫度場(chǎng)。同時(shí)使

2、用實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬的方法對(duì)固體材料表面的雙向反射分布函數(shù)（BRDF）進(jìn)行測(cè)量和模擬，分析不同材料、光源波長、溫度及表面粗糙度對(duì)BRDF的影響。
　　通過程序計(jì)算結(jié)果和Fluent計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了表面輻射與導(dǎo)熱耦合換熱程序的正確性。對(duì)多物體系統(tǒng)整體的溫度場(chǎng)進(jìn)行求解，結(jié)果表明，在考慮自身發(fā)射及環(huán)境輻射輻射條件下，目標(biāo)間輻射換熱對(duì)溫度場(chǎng)有較大影響，在保證計(jì)算精度前提下，可適當(dāng)減少離散坐標(biāo)數(shù)，不會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，并且可以有

3、效減少計(jì)算時(shí)間。
　　在可見光和紅外波段，對(duì)鋁樣片的BRDF測(cè)量結(jié)果表明，對(duì)于這兩種波段，鋁樣片都表現(xiàn)出明顯的鏡反射特征。此外使用紅外波段光源對(duì)鋼和幾種非金屬材料的測(cè)量結(jié)果表明，光滑金屬表面易出現(xiàn)鏡反射特征，粗糙非金屬表面可以作為漫反射表面處理。對(duì)隨機(jī)粗糙表面的雙向反射分布函數(shù)用幾何光學(xué)近似方法模擬，結(jié)果表明，在373K到773K的溫度區(qū)間內(nèi)，對(duì)于偏振光與非偏振光，金屬鈦入射平面內(nèi)的BRDF分布隨溫度升高有下降趨勢(shì)，但降低程度很小