多层介质红外热辐射传输PDF电子书下载

第1章 半透明介质层辐射与导热耦合传热 1

1.1半透明介质和自然状态界面 1

1.2热辐射光谱特性的处理 3

1.2.1灰体、灰介质 3

1.2.2平均当量参数法 3

1.2.3谱带近似法（谱带模型） 3

1.3射线踪迹-节点分析法简介 5

1.4辐射与导热耦合传热能量方程 7

1.5辐射热源项 8

1.5.1表面S1 、 S2均半透明 8

1.5.2表面S1 、 S2均不透明 10

1.5.3表面S1半透明、表面S2不透明 11

1.6表面辐射热流密度 12

1.6.1表面S1 、 S2均半透明 12

1.6.2表面S1、S2均不透明 13

1.6.3表面S1半透明、表面S2不透明 13

1.7热辐射边界条件 14

1.7.1折射率与全反射 14

1.7.2界面光学特性 15

1.7.3热边界条件 15

1.8射线踪迹-节点分析法研究进展 17

参考文献 18

第2章 单层各向同性散射介质内的辐射传热 22

2.1单层吸收、发射性介质的辐射传递系数 22

2.2单层吸收、发射、各向同性散射介质的辐射传递系数 24

2.2.1计算散射时的能量平衡 25

2.2.2考虑n次散射 26

2.2.3数值计算方法 28

2.3辐射传递系数的完整性检验 29

2.4单层半透明介质内的辐射传热 31

2.4.1玻璃平板冷却过程分析 31

2.4.2航天飞机重返大气层时舷窗的瞬态加热 32

2.4.3不透明界面下给定边界温度的瞬态耦合传热 33

2.4.4部分漫反射、部分镜反射表面的辐射传递 34

2.5脉冲激光引起的瞬态热效应 37

2.5.1边界条件 39

2.5.2激光入射在吸收、发射性介质内产生的辐射外热源 40

2.5.3激光入射在吸收、发射、各向同性散射介质内产生的辐射外热源 41

2.5.4激光入射的数值模拟和温度响应 44

2.6红外加热过程中均匀介质内部温度场分析 48

2.6.1物理模型 49

2.6.2半透明界面下介质物性对内部温度分布的影响 50

2.6.3半透明界面下边界条件对介质内部温度分布的影响 51

2.7本章小结 52

参考文献 53

第3章 三层各向同性散射介质内的辐射传热 56

3.1引言 56

3.2物理模型简介 57

3.3两层介质辐射强度和辐射能量的传递模型 58

3.3.1镜反射模型 59

3.3.2漫反射模型 60

3.4辐射传递系数 60

3.4.1镜反射辐射传递系数的推导 61

3.4.2镜反射率的确定 62

3.4.3漫反射率的确定 66

3.4.4全反射对辐射强度份额传递函数的影响 66

3.4.5镜反射辐射传递系数的求解 69

3.4.6漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性 70

3.4.7漫反射辐射传递系数的推导 71

3.5三层模型的检验 72

3.6两侧表面均半透明镜反射下三层介质耦合换热 73

3.6.1真空隔离层对耦合换热的影响 73

3.6.2非均匀辐射物性对温度分布的影响 75

3.7两侧表面均不透明镜反射下三层介质耦合换热 78

3.7.1导热-辐射参数对温度分布的影响 78

3.7.2表面发射率对温度分布的影响 79

3.7.3散射反照率对温度分布的影响 79

3.7.4折射率对温度分布的影响 80

3.7.5衰减系数对温度分布的影响 81

3.7.6本节小结 81

3.8一侧不透明一侧半透明镜反射下三层介质耦合换热 82

3.8.1 S1不透明、S2半透明时的耦合换热 82

3.8.2 S1半透明、S2不透明时的耦合换热 83

3.8.3本节小结 84

3.9两侧表面均半透明漫反射下三层介质耦合换热 85

3.9.1对流换热系数对传热的影响 85

3.9.2吸收系数对传热的影响 86

3.9.3折射率对耦合换热的影响 87

3.9.4导热-辐射参数对耦合换热的影响 87

3.9.5单位体积比热容对传热的影响 88

3.9.6本节小结 89

3.10两侧表面均不透明漫反射下三层介质耦合换热 89

3.11镜反射和漫反射对耦合换热影响的比较 90

3.12本章小结 91

参考文献 91

第4章n层各向同性散射介质内的辐射传热 95

4.1引言 95

4.2 n层介质物理模型 96

4.3多层辐射强度和辐射能量传递模型 96

4.3.1镜反射模型 97

4.3.2漫反射模型 99

4.3.3多层模型子程序 99

4.4辐射传递系数的推导 99

4.4.1镜反射下辐射传递系数的相对性和完整性 100

4.4.2镜反射下辐射强度在n层介质中的传递 101

4.4.3镜反射下辐射传递系数的求解 104

4.4.4漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性 106

4.4.5漫反射下辐射传递系数的推导 107

4.5 n层辐射传递模型的检验 108

4.6两侧表面半透明镜反射时折射率对耦合换热的影响 109

4.6.1折射率排列对传热的影响 109

4.6.2介质层厚度对传热的影响 112

4.6.3介质层数及折射率排列对传热的影响 112

4.6.4本节小结 113

4.7两侧表面不透明镜反射时n层介质内耦合换热研究 114

4.7.1折射率对瞬态耦合换热的影响 114

4.7.2真空隔离层对瞬态耦合换热的影响 116

4.7.3本节小结 118

4.8 S1半透明、S2不透明镜反射下n层介质内耦合换热研究 118

4.8.1对流换热系数、表面发射率对耦合换热的影响 118

4.8.2外界入射辐射对耦合换热的影响 119

4.8.3介质层厚度对耦合换热的影响 121

4.8.4折射率排列对耦合换热的影响 122

4.8.5本节小结 123

4.9界面光学特性对镜、漫反射模型耦合换热的影响 123

4.10本章小结 125

参考文献 125

第5章 单层各向异性散射介质内的辐射传热 128

5.1引言 128

5.2各向异性散射的第一个子过程 129

5.2.1表面S1 、 S2均不透明 129

5.2.2表面S1、S2均半透明 134

5.3各向异性散射的第二个子过程 139

5.3.1散射能量传输递推函数 140

5.3.2考虑多次散射 141

5.3.3考虑第n次散射 143

5.4辐射传递系数的相对性和完整性 144

5.4.1辐射传递系数的相对性 144

5.4.2辐射传递系数的完整性 145

5.5单层各向异性散射传递模型的验证 145

5.5.1线性各向异性散射的结果比较 145

5.5.2非线性各向异性散射的结果比较 148

5.6 CPU时间和精度分析 150

5.7节点对计算结果的影响 150

5.8辐射-导热瞬态耦合换热 151

5.8.1不透明光学界面、第一类热边界条件 151

5.8.2一侧半透明另一侧不透明光学界面、第三类非线性热边界条件 152

5.9本章小结 157

参考文献 158

第6章 复合层各向异性散射介质内的辐射传热 160

6.1引言 160

6.2辐射传递的第一个子过程 160

6.2.1从Sn面或P面发射的能量 161

6.2.2从控制体Vj发射的能量 162

6.2.3 （ Vj）ft和（ViVj）bt的推导 164

6.2.4（ViS_∞）ft和（ViS_∞）bt的推导 172

6.2.5 （ViS+∞）ft和（ViS+∞）bt的推导 174

6.3辐射传递的第二个子过程 174

6.4界面全反射的处理 179

6.5两层各向异性散射传递模型的验证 180

6.6瞬态辐射-导热耦合传热 181

6.6.1导热-辐射参数的影响 181

6.6.2散射反照率排列的影响 183

6.6.3折射率排列的影响 184

6.6.4表面发射率的影响 185

6.6.5界面光学特性的影响 186

6.7本章小结 188

参考文献 188

第7章 两界面具有不同反射特性的介质层的辐射传热 190

7.1引言 190

7.2辐射传递系数 190

7.2.1 （S1 S2 ）s-d o-o的推导 191

7.2.2 （S2S1）s-d o-o的推导 192

7.2.3 （S1 Vi ）s-d o-o的推导 192

7.2.4 （ViS1 ）s-d o-o的推导 193

7.2.5 （S2 Vi ）s-d o-o的推导 195

7.2.6 （ViS2 ）s-d o-o的推导 196

7.2.7（V2Vj）s-d o-o的推导 197

7.3 s-d辐射传递模型的验证 204

7.4 s-d表面反射特性下辐射与导热瞬态耦合传热 205

7.4.1对流-辐射参数的影响 205

7.4.2导热-辐射参数的影响 207

7.4.3折射率的影响 208

7.4.4散射反照率的影响 208

7.4.5不透明表面发射率的影响 210

7.4.6各向异性散射特性的影响 210

7.4.7光学厚度的影响 213

7.5本章小结 215

参考文献 215

第8章 多层模型求解梯度折射率介质辐射传热 217

8.1引言 217

8.2离散物理模型 219

8.3多层辐射传递函数 220

8.4梯度折射率介质的辐射传递系数 221

8.4.1辐射传递系数的推导 221

8.4.2折射（或透射）/全反射判据 226

8.5辐射传递系数正确性的验证 227

8.6计算结果的验证 227

8.6.1与文献[13]在辐射平衡条件下计算结果的比较 227

8.6.2与文献[14]在辐射-导热耦合换热条件下计算结果的比较 228

8.6.3与文献[12]在辐射平衡及辐射-导热耦合换热下计算结果的比较 228

8.6.4与文献[6]、[8]在不透明表面条件下的计算结果的比较 231

8.7辐射-导热瞬态耦合换热 232

8.7.1两表面均半透明且镜反射 232

8.7.2两镜反射表面一侧半透明一侧不透明 237

8.8非均匀介质瞬态辐射换热 242

8.8.1折射率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响 242

8.8.2衰减系数连续变化对介质瞬态辐射传热的影响 243

8.8.3散射反照率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响 243

8.8.4本节小结 244

8.9本章小结 245

参考文献 246

第9章 二维射线踪迹-节点分析法求解矩形介质辐射传热 251

9.1引言 251

9.2物理模型及能量方程 253

9.3各表面均为黑体时矩形介质耦合换热研究 254

9.3.1辐射源项及不透明边界条件 254

9.3.2未考虑散射影响的辐射传递系数求解 256

9.3.3未考虑散射影响的辐射传递系数的相对性和完整性关系 258

9.3.4各向同性散射性介质的辐射传递系数求解 259

9.3.5温度场求解 262

9.3.6耦合换热物理模型正确性的检验 265

9.3.7结果与讨论 266

9.4一个表面半透明漫反射时矩形介质耦合换热研究 269

9.4.1物理模型简介及反射率的确定 269

9.4.2辐射源项与边界条件 270

9.4.3未考虑散射的辐射传递系数求解 271

9.4.4未考虑散射的辐射传递系数的相对性和完整性 274

9.4.5各向同性散射性介质的辐射传递系数 277

9.4.6温度场求解 277

9.4.7耦合换热物理模型正确性检验 277

9.4.8结果与讨论 278

9.5本章小结 282

参考文献 283

第10章 多层半透明介质耦合传热在工程中的应用 286

10.1空间液滴辐射散热器散热分析 286

10.1.1空间辐射散热器的物理模型和数学模型 287

10.1.2含液滴介质辐射特性计算 288

10.1.3计算结果及验证 289

10.2空间光学窗口的热分析 292

10.2.1单层光学窗口 293

10.2.2双层光学窗口 294

10.2.3三层光学窗口 296

10.3半透明相变介质内的耦合传热 298

10.3.1控制方程 298

10.3.2辐射源项的求解 299

10.3.3模型验证 300

10.3.4结果与讨论 300

10.4本章小结 305

参考文献 306

附录 308

附录A两侧表面均半透明镜反射时三层介质的辐射传递系数 308

附录B任意层介质的辐射传递系数 310

附录C漫反射表面下的辐射传递系数 322

附录D复合层半透明表面各向异性散射介质的方向入射、吸收性辐射传递系数 327

附录E复合层不透明表面各向异性散射介质的辐射传递系数 330

附录F两侧半透明s-d表面下的辐射传递系数 334

附录G一侧半透明s-d表面下的辐射传递系数 345

附录H不透明s-d表面下的方向散射辐射传递系数 354

附录I界面辐射能量传递函数求解 363

附录J其他辐射传递系数的求解 371

附录K线性化方程组系数的确定 375