半透明材料相變過(guò)程中熱輻射效應(yīng)研究.pdf

1、半透明介質(zhì)內(nèi)的輻射及相變的耦合換熱,在動(dòng)力、冶金、化工、醫(yī)學(xué)，航空航天多個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。半透明介質(zhì)輻射與相變過(guò)程涉及到復(fù)雜的熱物理現(xiàn)象，其溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)是固液相變、輻射換熱和對(duì)流換熱等多種機(jī)理共同作用的結(jié)果，尤其是在高溫相變過(guò)程中，輻射換熱量大，所以內(nèi)部輻射換熱對(duì)相界面移動(dòng)及整個(gè)溫度場(chǎng)的影響很大，高溫相變中考慮輻射因素是必要的。所以半透明介質(zhì)內(nèi)輻射與相變耦合過(guò)程可以分解成三個(gè)問(wèn)題來(lái)考慮，即相變問(wèn)題，輻射傳輸問(wèn)題以及相界面追蹤問(wèn)題,本

2、科題針對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題逐個(gè)攻破，最后再將輻射和相變進(jìn)行耦合計(jì)算求解。本課題用無(wú)網(wǎng)格伽遼金結(jié)合焓方法求解相變過(guò)程中的焓場(chǎng)，通過(guò)焓與溫度的關(guān)系求出溫度場(chǎng)。用離散坐標(biāo)法結(jié)合無(wú)網(wǎng)格法求解輻射傳遞方程，求出輻射源項(xiàng)，將輻射源項(xiàng)帶入焓方程中迭代求解。本文主要用無(wú)網(wǎng)格伽遼金法離散輻射傳遞方程和焓方程，相變過(guò)程是非連續(xù)過(guò)程，無(wú)網(wǎng)格法無(wú)需通過(guò)劃分網(wǎng)格來(lái)聯(lián)系結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，而是直接聯(lián)系結(jié)點(diǎn)信息，在處理非線性變化問(wèn)題上有一定優(yōu)勢(shì)。
　　本文首先建立了無(wú)網(wǎng)

3、格伽遼金法求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程的數(shù)值模型，并根據(jù)數(shù)值模型用MATLAB編程。為了驗(yàn)證數(shù)值模型和程序的正確性，做了一維無(wú)限大平板第二類以及第三類邊界條件下溫度場(chǎng)的計(jì)算，并且通過(guò)與有限元解比較，無(wú)網(wǎng)格法在求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題時(shí)精度較高?；谇蠼鈱?dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)值模型，建立了無(wú)網(wǎng)格伽遼金法求解焓方程的數(shù)值模型，并且進(jìn)行了相應(yīng)的算例分析，分析比較了不同斯蒂芬數(shù)下的一維無(wú)限大平板中水凝固的過(guò)程中溫度場(chǎng)和液相率的變化，并且和有限元法和有限體積法做了比較