[发明专利]一种圆形颗粒间考虑障碍物的辐射换热量的计算方法

说明书

本发明公开了一种圆形颗粒间考虑障碍物的辐射换热量的计算方法，包括以下步骤：将圆形颗粒的表面均匀离散成N个点；寻找到圆形颗粒间的障碍物；实现辐射多通道到辐射单通道的转化；辐射单通道中换热量的计算；累加多个通道的换热量；完成总辐射换热量的计算。本发明所提供的方法将复杂的热辐射计算问题进行了简化，计算效率高。该方法既能得到准确的计算结果，也避免了复杂的计算过程，适用于复杂颗粒体系中辐射换热量的计算。

技术领域

本发明涉及热辐射数值计算领域，具体涉及一种基于圆形颗粒间辐射换热量的计算领域。

背景技术

热辐射是热量传递的一种重要形式，准确地计算出物体间的辐射换热量一直以来都是计算难题。常见计算视角因子的数值方法有自适应积分法、离散坐标法和蒙特卡洛随机算法等，这些方法中视角因子的求解过程较复杂，对频繁运动且颗粒数极多的颗粒体系而言，适用性一般。

颗粒物体间辐射换热量的数值计算难点主要有以下两点：1、存在复杂的障碍物系统影响计算的便捷性；2、在频繁运动的多颗粒体系中，物体间的视角因子需要频繁更新并用于辐射换热量的计算。

发明内容

为了克服上述难点，本发明提供了一种圆形颗粒间考虑障碍物的辐射换热量的计算方法。这一计算方法将复杂的热辐射计算问题进行了简化，不需要计算复杂的视角因子，计算效率高。该方法既能得到准确的计算结果，也避免了复杂的计算过程，适用于复杂圆形颗粒体系中辐射换热量的计算。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：一种圆形颗粒间考虑障碍物的辐射换热量的计算方法，包括以下步骤：

(1)将圆形颗粒的表面均匀离散成N个点；

(2)寻找到圆形颗粒间的障碍物；

其具体为连接两个待计算圆形颗粒的圆心成一线段，以该线段的长度为直径，线段的中点为圆心绘制一个搜索圆；若其他物体与该搜索圆有交点，则该物体视为障碍物；

(3)实现辐射多通道到辐射单通道的转化；

(4)辐射单通道中换热量的计算；

所述单通道间辐射换热量的计算遵循下述规则：

将圆形颗粒看成黑体，圆形颗粒发出的辐射能总和为Q，则Q有：

式中，r为发出辐射圆形颗粒的半径，单位为m；σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，其值为5.67e-8，单位为W/(m²·K⁴)；T₀表示该颗粒的开尔文温度，单位为K；dl表示单位厚度，单位为m；△t表示单位计算时间，单位为s；

将颗粒表面均分为N个点后，每个点的辐射能为Q/N；

所述N＝2n，并且n取整数并且n≥8；

对于圆周上的第i个点，辐射光线方向与该点外法线方向夹角为θ时，辐射光线的能量Q_iθ为：

从上式可知，辐射光线方向恰好与该点外法线方向重合时，即θ＝0时，辐射光线的能量最大，其值为：

对于第i个点，令Q_iθ在[-π/2，π/2]的区域上进行积分，有：

(5)累加多个通道的换热量；

(6)完成总辐射换热量的计算。

在一较佳实施例中：步骤3中提到的实现辐射多通道到辐射单通道的转化，其具体为：辐射多通道指的是多个障碍物之间形成的多个通道；辐射单通道指的是上述多个通道中的一个。