光学大粒子系辐射传热特性

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1、硕士学位论文光学大粒子系辐射传热特性RADIATIONHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFOPTICALLARGEPARTICULATESYSTEM刘宝坤哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK121学校代码：10213国际图书分类号：536.2密级：公开工程硕士学位论文光学大粒子系辐射传热特性硕士研究生：刘宝坤导师：赵军明教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK121U.D.C:536.2DissertationfortheMaster’

2、sDegreeinEngineeringRADIATIONHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFOPTICALLARGEPARTICULATESYSTEMCandidate：LiuBaokunSupervisor：Prof.ZhaoJunmingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-I

3、nstitution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在自然和工业产品中，很多物质和产品都是呈粒子状态。粒子系的辐射传热特性在大气科学与环境、遥感和核能等方面都有重要的应用。很多应用中应用的都是密集粒子系，并且粒子的尺度参数很大，比如在很多填充床、流化床中。此时粒子系的辐射换热通常基于连续介质模型，即辐射传递理论，通过求解辐射传递方程来分析求解。然而经典的辐射传递方程只适用于稀疏粒子系，对于密集粒子系，因为存在严重遮挡效应，传统的辐射传递方程的适用性存疑。目前密集光学大粒子系辐射换热问题还缺乏有效的分析理论，对其辐射传热特性还缺乏了解。本文基于粒子尺

4、度的辐射传递模拟对光学大粒子系的辐射传热特性进行研究。对于光学大粒子构成的系统，其辐射换热的分析可以基于几何光学原理。本文基于蒙特卡洛方法在粒子尺度上对热辐射光子的传输过程进行模拟，并使用粒子辐射传递因子来描述粒子系辐射传热的空间分布特性。基于粒子尺度的蒙特卡洛方法可以有效地模拟粒子系的辐射换热，并能充分考虑粒子间的遮挡效应。从粒子能量平衡方程出发，基于蒙特卡洛法建立了辐射传递因子的计算模型，并通过理论推导建立了辐射传递因子的理论模型。基于所建立的计算模型，对两种热辐射光源的情形，即粒子辐射光源和激光光源，分别研究粒子随机排列和规则排列的情况下粒子系的辐射传热特性，并分析不同表面

5、类型、粒子填充率、表面发射率和激光半径等因素对辐射传递因子分布规律的影响。本文导出了粒子辐射源情况下粒子随机排列时辐射传递因子的空间分布规律，并通过粒子尺度的直接模拟进行了分析验证。揭示了在粒子随机排列时，辐射传递因子沿径向分布服从平方反比率和指数衰减的相结合的规律。在其他条件相同的情况下，漫射表面与镜射表面的辐射传递因子分布变化趋势基本相同。激光光源的情况下粒子随机排列时，沿中轴线方向辐射传递因子变化规律呈指数衰减，近似于布格尔定律，但在粒子规则排列时，因为其分布的规则性，辐射传递因子不呈现指数衰减，此时辐射传递因子呈现各向异性的空间分布。关键词：粒子系；热辐射；辐射换热；蒙特

6、卡洛法-I-AbstractAbstractInnatureandindustrialproduction,manysubstances,productsareinparticulatestate.Theradiationcharacteristicsofparticulatemediahaveapplicationsinatmosphericscienceandenvironment,remotesensingandnuclear.Therearemanyapplicationsusingparticulatemediathattheparticlesaredenselypac

7、ked,suchasinmanygranularbedsandfluidizedbed.Radiativeheattransferinparticulatesystemsisusuallybasedonacontinuousmediummodel,radiationtransfertheory,whichisanalyzedbysolvingtheradiationtransferequation.However,theclassicalradiativetransferequa