[发明专利]一种复杂结构辐射换热计算方法

权利要求书

1.一种复杂结构辐射换热计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)考虑非灰气体辐射环境，对辐射换热区域和被加热体受热面进行区域网格绘制：在空间立体坐标中确定加热炉的炉壁边界顶点，作为总辐射交换区域，再确定钢坯受热体的空间几何顶点坐标，作为直接辐射交换区域，采用区域法的区域网络划分的思想，其中加热炉的外壳边界为粗网格划分，用于判断是否遮挡；对总辐射交换区域和直接辐射交换区域的气体区域空间和固体表面区域进行精细网格划分，每一细网格区域看成一个微元表面，粗网格确定了加热炉的总体结构范围，细网格则用于计算加热区域的总辐射交换区域和直接辐射交换区域；

2)将气体区域空间和固体表面区域分别划分为若干微小的气体区域和表面区域，把这些微小区域看成均匀温度段并且物性是一致的，再利用区域法求出各表面间辐射传递系数MT_i,j；同时，充分考虑辐射换热系统中非灰介质对能量光束的吸收和散射对于辐射换热的影响，利用改进型蒙特卡洛法从第一个细网格区域1开始直到最后的细网格区域M，依次跟踪每个细网格区域发射的每一束能束在辐射交换区域的吸收和散射情况，推导出抽样能束的发射点位置、发射方向、传递距离、吸收以及反射的概率模型，对于计算直接辐射交换区域时存在的自区辐射问题，进行角系数误差修正；

3)利用修正后的角系数误差，求解直接辐射交换区域和总辐射交换区域，建立每个细网格的能量平衡方程组，并与各表面段导热微分方程相互耦合，得到细网格区域和粗网格区域的热流；

步骤2)中，利用改进型蒙特卡洛法从第一个细网格区域1开始直到最后的细网格区域M，依次跟踪每个细网格区域发射的每一束能束在辐射交换区域的吸收和散射情况的具体实现过程包括：

(1)读入参数n_z×n_y、o_z×o_y、N_M、M；N_m为任一表面A_i向外界发射的能束总数；其中n_z表示z方向对应的表面；n_y表示y方向对应的表面；o_z表示x方向的气体区域；o_y表示y方向的气体区域；

(2)设微元i＝1；

(3)设总能束的第一条N_b＝1；

(4)进行能束跟踪；

(5)令N_b的值加1；

(6)判断N_b是否大于N_M，若是，则i的值加1，判断i是否大于M，若否，则返回步骤(3)，若是，则进入步骤(7)；否则，返回步骤(4)；

(7)统计所有微元面之间的辐射传递系数MT_i,j，结束；

进行能束跟踪的具体实现过程包括：

a)确定发射点P₁和发射方向ω；

b)根据下式确定发射终点P₂＝P₁+l_z×ω；l_z为辐射传递距离；

c)判断P₂是否在辐射换热系统内，若是，则P₂在参与性介质单元J内，判断P₂是否被介质单元J吸收，若是，则能束被介质单元J吸收，结束，若否，则确定散射方向ω'，以散射方向ω'替代发射方向ω，并设P₁＝P₂，返回步骤b)；否则，将射线与表面单元K的角点设为P₂，判断P₂是否被表面单元K吸收，若是，则能束被表面单元K吸收，结束，若否，则设P₁＝P₃，判断是否发射镜面反射，若是，则确定镜面反射方向，并以镜面反射方向为发射方向ω，返回步骤b)，若否，则确定漫反射方向，并以漫反射方向为发射方向ω，返回步骤b)。

2.根据权利要求1所述的复杂结构辐射换热计算方法，其特征在于，步骤2)中，角系数误差修正方法为：当r≤0.1时，按照下式修改两个微面单元间的距离r：dx、dy、dz为气体空间区域尺寸。