[发明专利]一种基于蒙特卡洛法的非灰气体辐射传热预测方法、系统、设备及介质

说明书

一种基于蒙特卡洛法的非灰气体辐射传热预测方法、系统、设备及介质，其方法是，首先假设计算域单元的温度场数据，之后利用HITRAN数据库获取气体的平均普朗克吸收系数和发射率，利用蒙特卡洛法计算区域内面单元和体单元的辐射传递因子RDsubgt;i,j/subgt;，最后列出线性方程组求解得到计算域的温度分布；判断温度是否在容差范围之内，如果满足容差要求，程序结束，反之恢复计算域温度场，更新计算域温度，重新进行求解；其系统、设备及介质能够基于蒙特卡洛法对非灰气体辐射传热进行预测；本发明通过分析多原子气体的线谱吸收系数和将波长以及发射率、平均普朗克吸收系数等非灰介质辐射参数结合传统的蒙特卡洛法来求解单元之间的辐射传递因子RDsubgt;i,j/subgt;，逐步修正计算域温度的数值实现系统热量的平衡，从而实现计算域内非灰气体之间的热辐射传热的计算；具有灵活性好，预测准确性高、应用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及参与性介质辐射传热模拟计算技术领域，尤其涉及一种基于蒙特卡洛法的非灰气体辐射传热预测方法、系统、设备及介质。

背景技术

辐射传热、导热和对流传热是热量传递的基本方式，广泛应用于燃烧、遥感、太阳能和火箭推进。这些过程中辐射换热占据90％左右，尤其在真空环境下辐射传热显得更为重要，因此准确计算辐射传热问题更为重要。

常见的甲烷、水蒸气、臭氧、二氧化碳等属于多原子气体，这一类多原子气体出现在换热场合就要考虑到气体与固体之间的辐射换热，尤其在航天领域中燃料燃烧产物含有一定浓度的水蒸气和二氧化碳，这时候气体辐射传热计算在工程上特别重要。

气体辐射换热特点主要涉及辐射能量、空间坐标、空间方位和波长相关，传统计算方法通常是将研究对象的空间和时间的连续性物理量在计算区域内进行离散求解。目前常见的辐射传热方程模型有：蒙特卡洛法、区域法、扩散近似法、热流法、离散传递法、有限体积法、射线踪迹-节点分析法。这些辐射传热方程模型通常基于以下三点假设：1、假定物体表面、介质、粒子为灰体；2、采用当量的参数代替对波长有变化的辐射物性参数；3、采用近似谱带方法。上述方法仅仅针对参与性介质为灰体，对于辐射参数随波长、压力和温度变化的非灰介质辐射传热计算具有极大的局限性。

发明内容

为克服上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于蒙特卡洛法的非灰气体辐射传热预测方法、系统、设备及介质，对任意计算域的网格划分方法与网格参数获取；获取多原子气体辐射线谱参数；采用蒙特卡洛方法计算单元之间辐射传递因子，并在计算过程中充分考虑非灰气体的变物性特点，将一温度下的黑体辐射分布累积函数作为确定光束发射波长的唯一条件，光束追踪中能够准确结合多原子气体的光谱平均普朗克吸收系数；通过迭代方法根据辐射传递因子由能量守恒原理求解矩阵方程获取各个单元温度；本发明能够解决辐射参数随温度、压力和波长的非灰介质辐射传热问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于蒙特卡洛法的非灰气体辐射传热预测方法，具体包括以下步骤：

S1:对计算域进行建模网格划分后获取自定义计算区域的面网格或体网格参数；其中包括面网格或体网格的单元编号、边界坐标和单元中心坐标；

S2:根据面网格或体网格的边界坐标来计算面网格的面方程或者体网格中包络所有面的面方程；

S3:初步假设计算域内未知面单元和体单元的温度T_i；

S4:根据初始已知边界条件温度获取计算域未知单元温度，由黑体辐射函数和维恩位移定律确定99％的能量辐射能量的波长[λ₁-λ₂]范围。

λT＝2.8976×10^-3m·K