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求解介质内辐射换热的双向统计蒙特卡罗法

郭亮  
【摘要】: 蒙特卡罗法(Monte Carlo Method, MCM)是一种随机性模拟方法,在辐射换热计算中被广泛应用。其优点是概念清晰、数学描述比较简单,对复杂问题有很好的适应性,缺点是为获得足够精确的结果,需要进行大量的抽样模拟。因此,研究提高蒙特卡罗法计算效率的技术途径,对蒙特卡罗法的应用发展有重要意义。 BSMC法(Bi-directionally Statistical Monte Carlo Method)是一种基于热辐射传递可逆性原理的改进蒙特卡罗法。该方法通过对抽样模式的规划,实现抽样模拟的双向统计计算,充分利用计算信息,提高计算效率。 本文通过模拟计算,对两种抽样模式下的BSMC法的计算效率与性能参数进行了比较分析,验证了BSMC法的优越性。在此基础上,利用BSMC法对某种超燃冲压发动机燃烧室内的辐射换热进行了预测分析。主要研究内容包括: 1.以二维矩形区域介质内的辐射换热为例,介绍了基于等温等权与等温等比两种抽样模式下的BSMC法基本原理。在均匀网格与非均匀网格两种网格系统中,分别采用传统MC法、基于等温等权抽样的BSMC法和基于等温等比抽样的BSMC法,进行了辐射传递的数值模拟。从辐射传递因子的倒易性满足程度与温度场、辐射热流密度分布几方面进行了比较分析。 2.计算统计了两种抽样模式下的BSMC法与传统MC法的性能参数,通过性能参数分析,对BSMC法的计算性能进行了评价。 3.对某种超燃发动机燃烧室内的辐射换热进行了模拟分析,通过建立物理数学模型,采用BSMC法计算分析了燃烧室壁面处的辐射热流密度分布。 通过研究,获得了BSMC法与传统MC法的比较分析结果,为进一步研究、改进蒙特卡罗法提供了有意义的参考;同时,为超燃发动机燃烧室热防护设计提供了初步依据。


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