用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法与流程

本发明涉及辐射换热模拟方法领域，具体地，涉及用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法。

背景技术：

1、蒙特卡罗方法其具有物理模型简单清晰、应用灵活等特点在热辐射换热领域获得了广泛应用。但由于随机性误差的存在，蒙特卡罗方法计算获得的辐射传递因子（辐射传递因子rdi,j定义为在一个辐射传输系统中，单元i的本身辐射能量经系统各单元一次或多次反射和散射后最终被单元j吸收的份额）往往不能保证满足倒易性，进而在进行温度场计算时带来的迭代收敛性问题。而迭代双向统计蒙特卡罗方法可以有效降低辐射传递因子的倒易性误差，从而有效提高热辐射传输问题的求解精度。

2、迭代双向统计蒙特卡罗方法利用热辐射传输时光路可逆原理，对热辐射传输的蒙特卡罗模拟进行多次双向统计，充分利用能束传播的路径信息，提高辐射传递因子的倒易性，在众多工程问题中取得了应用。但迭代双向统计蒙特卡罗方法仅适用于封闭辐射换热系统，对于非封闭系统，不仅不能提高辐射传递因子的倒易性，反而会使辐射传递因子计算结果恶化，带来非物理结果。

技术实现思路

1、为了解决非封闭辐射换热系统中辐射传递因子倒易性优化问题，本发明提供了用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，所述方法包括：

2、步骤一：计算得到非封闭辐射传输系统的辐射传递因子矩阵为rdi,j，非封闭辐射传输系统包括n个单元，在非封闭辐射传输系统中，n个单元对应的辐射功率系数表示为集合e，e={ei| i=1,2,3,...,n }，对于rdi,j和e，i=1,2,3,...,n，j=1,2,3,...,n，ei为集合e中的第i个辐射功率系数；

3、步骤二：在所述非封闭辐射传输系统中添加一个虚拟黑体单元，使得所述非封闭辐射传输系统变为封闭辐射换热系统，所述封闭辐射换热系统的辐射传递因子矩阵为，所述封闭辐射换热系统包括n+1个单元，在封闭辐射换热系统中，n+1个单元对应的辐射功率系数表示为集合e'，e'={ | i=1,2,3,...,n+1}，对于和e'，i=1,2,3,...,n+1，j=1,2,3,...,n+1；

4、步骤三：基于rdi,j计算获得第i行和第n+1列对应的辐射传递因子矩阵；

5、步骤四：基于和ei计算获得虚拟单元的辐射功率系数；

6、步骤五：基于、ei和计算获得，为第n+1行和第i列对应的辐射传递因子矩阵；

7、步骤六：基于集合e'中的第i个辐射功率系数、集合e'中的第j个辐射功率系数、集合e'中的第k个辐射功率系数、第n-1次双向统计获得的第i行和第j列对应的辐射传递因子矩阵、第n-1次双向统计获得的第j行和第i列对应的辐射传递因子矩阵和第n-1次双向统计获得的第k行和第i列对应的辐射传递因子矩阵计算获得，其中，为第n次双向统计获得的辐射传递因子矩阵，k=1,2,3,...,n+1；

8、步骤七：在所述非封闭辐射传输系统中剔除所述虚拟黑体单元，基于第n次双向统计获得的辐射传递因子矩阵得到修正后的所述非封闭辐射换热系统的辐射传递因子矩阵。

9、其中，本发明通过增加一个虚拟黑体单元，将非封闭系统转换为封闭系统，以解决非封闭系统下迭代双向统计蒙特卡罗方法的不适用问题，提高非封闭辐射换热系统辐射传递因子的倒易性。

10、在一些实施例中，所述步骤三采用以下公式计算获得第i行和第n+1列对应的辐射传递因子矩阵：

11、。

12、在一些实施例中，所述步骤四采用以下公式计算获得虚拟单元的辐射功率系数：

13、。

14、在一些实施例中，所述步骤五采用以下公式计算获得第n+1行和第i列对应的辐射传递因子矩阵：

15、。

16、在一些实施例中，所述步骤六中的迭代公式为：；

17、其中，为第n次双向统计获得的辐射传递因子矩阵，为第n-1次双向统计获得的第i行和第j列对应的辐射传递因子矩阵，为第n-1次双向统计获得的第j行和第i列对应的辐射传递因子矩阵，为第n-1次双向统计获得的第k行和第i列对应的辐射传递因子矩阵，k=1,2,3,...,n+1。

18、在一些实施例中，所述步骤七中采用以下公式计算获得所述非封闭辐射换热系统的辐射传递因子：

19、。

20、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

21、本发明根据辐射换热系统特点，增加一个虚拟黑体单元，对非封闭辐射换热系统进行补全，使其形成封闭系统且不改变原有的辐射换热过程，再利用封闭系统的迭代双向统计蒙特卡罗方法进行修正，这样就解决了非封闭系统下迭代双向统计蒙特卡罗方法的不适用问题，从而提高非封闭辐射换热系统辐射传递因子的倒易性。

技术特征：

1.用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述步骤三采用以下公式计算获得第i行和第n+1列对应的辐射传递因子矩阵：。

3.根据权利要求1所述的用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述步骤四采用以下公式计算获得虚拟单元的辐射功率系数：

4.根据权利要求1所述的用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述步骤五采用以下公式计算获得第n+1行和第i列对应的辐射传递因子矩阵：。

5.根据权利要求1所述的用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述步骤六中的迭代公式为：

6.根据权利要求1所述的用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，其特征在于，所述步骤七中采用以下公式计算获得所述非封闭辐射换热系统的辐射传递因子矩阵：

技术总结
本发明公开了用于非封闭辐射换热系统的辐射传递因子修正方法，涉及辐射换热模拟方法领域，本方法在非封闭辐射换热系统的基础上增加一个虚拟单元，设置该单元为黑体单元，虚拟单元可以看作非封闭系统的缺口的集合，形成一个新的封闭辐射换热系统，然后采用迭代双向统计蒙特卡罗方法对该封闭辐射换热系统的辐射传递因子进行修正，最后将增加的虚拟单元剔除，得到修正后的非封闭辐射换热系统的辐射传递因子，解决了非封闭系统下迭代双向统计蒙特卡罗方法的不适用问题，从而提高非封闭辐射换热系统辐射传递因子的倒易性。

技术研发人员：朱言旦,刘骁,李睿智,国义军,张昊元,蒋波,夏斌,刘深深,石友安,曾磊
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16