二维参与性介质辐射换热的球谐有限元法-论文.pdf

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1、第27卷第2期燃气涡轮试验与研究Vo1．27．No．2102014年4月GasTurbineExperimentandResearchApr．，2014摘要：采用球谐函数与有限元相结合的方法(UP球谐有限元法)，对二维介质内辐射换热问题进行研究。以规则和非规则形状几何体辐射问题为例，使用球谐有限元法可得到较准确的计算结果，且与其它数值计算方法(如球谐有限差分法、离散坐标有限元法等)相比具有以下优势：球谐有限元法方法简单，计算速度快，适用于大型工程应用；球谐有限元法可用于计算各种形状的几何体，计算应用范围广。关键词：航空发动机；燃烧室；球谐函数法；球谐有限元法；辐射换热；参与性介质中图分类

2、号：V231．1；TK124文献标志码：A文章编号：1672—2620f2014)02—0010—04SphericalHarmonicsFiniteElementMethodforRadiativeHeatTransferinTwoDimensionalParticipatingMediaWANGXi-ying(ChinaAviationEngineEstablishment，Beijing100028，China)Abstract：Thesphericalharmonicsfiniteelementmethod，whichcombinesthesphericalharmonicsme

3、thodandthefiniteelementmethodtogether，hasbeenappliedtodealwithtwodimensionalradiativetransferprob-lems．Takingtheregularandirregulargeometrycasesasexamples，betterresultsareobtainedwiththespheri·calharmonicsfiniteelementmethod．Comparedwithothernumericalmethods，suchasthesphericalharmon—icsfinitedife

4、rencemethodandthediscrete-ordinatefinite-elementmethod，thesphericalharmonicsfiniteel—ementmethodhassomeadvantages．Firstly，themethodissimpleandthecalculationspeedisfast，anditisap-propriateforengineeringapplication．Secondly，thesphericalharmonicsfiniteelementmethodcanbeappliedtoallkindsofgeometrysha

5、pes，therangeofapplicationiswide．Keywords：aero—engine；combustor；phericalharmonicsmethod；sphericalharmonicsfiniteelementmethod；radiativeheattransfer；participatingmedia1引言题。为此，国内外学者发展了许多高效数值方法来求解参与性介质内的辐射传递问题，如Monte—Carlo航空发动机燃烧室内存在复杂的流动与换热法、区域法(ZM)、离散坐标法(DOM)、球谐函数法(或过程，准确模拟燃烧产物与发动机内部结构的换热P法)、有限元法(F

6、EM)、DRESOR法及上述方法相结过程，可为燃烧室内壁等处于严酷工作条件下的结合使用的方法等。其中球谐函数法采用将辐射构件的设计提供重要依据。燃烧产物中包含炭黑、强度随空间位置和方向变化进行变量分离的处理二氧化碳气体、水蒸气等，这些介质在高温下具有方法，利用球谐函数的正交性，将积分一微分形式的非常强的辐射能力，研究这类具有吸收、发射、散射辐射传递方程转化为相对简单的偏微分方程组，理能力的介质内的辐射换热过程，通常需要求解辐射论上提供了一种获得任意高阶(精度)的近似求解方传递方程。但由于该方程本身及介质辐射特性的法。P近似相对简单，且与标准能量方程的求解方复杂性，理论分析解仅存在于极少数

7、简单或极限问收稿日期：2013—09—24；修回日期：2014—01—2O作者简介：王希影(1982一)，黑龙江大庆人，工程师，博士，主要从事航空发动机传热和燃烧研究。第27卷燃气涡轮试验与研究法兼容性好，因而在实际问题求解中应用最广。然d2Gd2G+-aG+a．4~rI~r=。而随着阶数Ⅳ和几何体维数的增加，其数学复杂性d迅速增加。球谐函数法的优点在于其不需要空间方向离儿·等+·考]+]打打一c4，散，且便于与其它空间离散方法(如