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工程热物理学报 2022年第6期43卷 1666-1674页

作者：孙亚松李新宇李思达张华波马菁西北工业大学动力与能源学院基础研究中心西安710072 长安大学汽车学院机电与动力工程系西安710064

非均匀介质内热辐射与均匀介质内热辐射相比存在差异,辐射传递方程也将变得复杂难以求解。在本工作中,以高效、快速获取多维非均匀介质内热辐射强度为目的,发展了迎风间断谱元法求解辐射传递方程。通过与文献结果对比,证明了该方法在求... 详细信息

非均匀介质内热辐射与均匀介质内热辐射相比存在差异,辐射传递方程也将变得复杂难以求解。在本工作中,以高效、快速获取多维非均匀介质内热辐射强度为目的,发展了迎风间断谱元法求解辐射传递方程。通过与文献结果对比,证明了该方法在求解非均匀介质内热辐射问题的可行性。此外,在求解过程中采用逐单元计算方案。与传统整体求解域组装方案相比,计算效率大大提升。对于光学厚度较小的算例,迎风间断谱元法与文献中基准解对比吻合较好,不存在数值振荡现象。此外,通过多组非均匀介质内辐射热平衡和辐射非热平衡算例,验证了该方法的准确性和有效性,并进一步分析了变折射率对热辐射的影响规律。

关键词：高温热辐射间断谱元法迎风格式非均匀介质多维参与性介质

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间断谱元法求解圆柱坐标系下辐射传递方程

间断谱元法求解圆柱坐标系下辐射传递方程

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作者：王文凯大连理工大学

学位级别：硕士

本文将间断谱元法推广到了轴对称圆柱坐标系中,对离散坐标形式的辐射传递方程进行了求解。间断谱元法是间断有限元和谱方法的结合,该方法既打破了变量在单元边界上的连续性限制,避免有限元法处理辐射问题时易出现的非物理振荡,又具有h和... 详细信息

本文将间断谱元法推广到了轴对称圆柱坐标系中,对离散坐标形式的辐射传递方程进行了求解。间断谱元法是间断有限元和谱方法的结合,该方法既打破了变量在单元边界上的连续性限制,避免有限元法处理辐射问题时易出现的非物理振荡,又具有h和p收敛特性,即解的精度可分别通过增加单元数和增加多项式近似的阶数来提高。本文采用正交多项式构建节点基函数,采用分段常数角向积分格式来进行角向离散,并根据编写的程序对间断谱元法从收敛特性和计算时间两方面进行了研究。结果显示,对于一维问题,间断谱元法的p收敛速度非常快,符合指数规律,但其h收敛速度仅有二阶,而对于二维问题,该方法的p和h收敛速度分别下降为二阶和一阶。在计算时间方面,该方法在处理一维问题时显示出相对于离散坐标法的优越性,然而在处理二维问题时其表现劣于离散坐标法。对于具有不连续边界条件的问题,间断谱元法显示出与离散坐标法类似的性质,即在角向离散数量不足时,其结果易遭受严重的射线效应,通过增加离散方向数可明显减轻这一效应。此外,分析结果可以发现,处理该类问题时提高解的精度需要同时对空间和角向网格进行加密。对于具有复杂集合结构的问题,采用间断谱元法得到的结果与文献中结果吻合得很好,证明该方法对于此类问题具有很好的适应性。最后,本文亦对谱方法进行了考察,结果显示间断谱元法和谱方法在收敛特性方面的表现基本一致,即处理一维问题均可达到指数收敛,而处理二维问题时都仅有二阶精度。

关键词：间断谱元法辐射传递方程谱方法圆柱坐标系

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二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 133-141页

作者：马菁孙勇飞孙亚松李新宇长安大学汽车学院西安710064 西北工业大学动力与能源学院西安710072

充分利用间断谱元法对非规则区域良好适应性、数值稳定、局部高阶收敛性等优点,开展了二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析。在求解过程中,将空间计算域离散为多个不重合的单元,并在单元内采用高阶谱节点进行离散。对于非均匀... 详细信息

充分利用间断谱元法对非规则区域良好适应性、数值稳定、局部高阶收敛性等优点,开展了二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析。在求解过程中,将空间计算域离散为多个不重合的单元,并在单元内采用高阶谱节点进行离散。对于非均匀介质内离散坐标形式的辐射传递方程,根据离散角度上的辐射能传递方向,确定单元间的上下游关系,并采用迎风格式来实现单元间辐射信息的有效传递;对于瞬态能量守恒方程,采用全隐格式进行瞬态项离散。通过多组非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热算例,发现了间断谱元法具有随单元数增加的线性收敛特性,以及随单元内节点数增加的指数收敛特性;通过与文献中结果对比,发现最大相对误差均小于1%,验证了间断谱元法的正确性和有效性;随着辐射与导热耦合参数的增加,导热在耦合传热所占比重会加大,非均匀介质带来的温度场非均匀性会减弱,达到稳态的时间变长。

关键词：非均匀介质高温热辐射瞬态导热间断谱元法迎风格式

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