[发明专利]一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法

权利要求书

1.一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，其特征在于，通过蒙特卡洛方法对冷冻靶系统外置定向红外光场进行求解，将红外热贡献与温度场控制方程相耦合，并引入策略来保证计算的可靠性和收敛速度，包括以下步骤：

1)确定光源粒子的初始位置及能量相关参数；

2)确定光源粒子的下一个碰撞距离l及粒子的新位置：

3)判断光源粒子是否逸出计算域，若是，停止光源粒子追踪；若否，继续进行下一步；

4)判断光源粒子是否与壁面发生碰撞，若是，执行步骤5)；若否，执行步骤6)；

5)根据壁面发射率判断光源粒子是否被壁面吸收，若是，计入热贡献，停止光源粒子追踪；若否，根据壁面漫射系数确定光源粒子反射方向；

6)根据单次反照度判断光源粒子是否被氦气中的杂质吸收，若是，计入热贡献，停止光源粒子追踪；若否，根据相位函数确定光源粒子的散射方向；

7)执行步骤2)，直至光源粒子追踪停止；

8)将计入的光源粒子热贡献带入导热微分方程，并结合动量方程、连续性方程计算出冷冻靶温度场分布。

2.根据权利要求1所述的一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，其特征在于：所述的步骤1)中光源粒子的初始位置和能量相关参数要根据相应的热物理边界来确定。

3.根据权利要求1所述的一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，其特征在于：所述的步骤2)中光源粒子在一次传播过程中的碰撞距离l通过下式进行计算：

其中r₁为[0,1]区间内均匀分布的随机数，μ_a和μ_s分别为氦气的吸收系数和散射系数。

4.根据权利要求3所述的一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，其特征在于：所述的步骤5)中光源粒子的新位置坐标为：

x_n+1＝x_n+lU_n+1

y_n+1＝y_n+lV_n+1

z_n+1＝z_n+lW_n+1

其中，x,y,z表示光源粒子在笛卡尔坐标系下的坐标值；下标n表示上一个状态，下表n+1表示新状态；U,V,W表示粒子前进方向；

光源粒子接触到壁面后，一部分会被壁面所吸收，取[0,1]区间上的均匀分布随机数r₄，记壁面吸收率为ε，若r₄≤ε，则光源粒子被壁面吸收，每个被吸收的光源粒子对壁面热量的贡献为q；剩余的光源粒子会在壁面处发生反射，反射分为镜面反射和漫反射，记壁面的漫反射系数为d_f，取[0,1]区间上的均匀分布随机数r₅，若r₅≤d_f，光源粒子发生漫反射，反之发生镜面反射；对于漫反射而言，分别取两个[0,1]区间内均匀分布的随机数r₆，r₇，记壁面的单位法向向量a＝(x_n,y_n,z_n)，随机向量b＝(sin(2πr₆)sin(2πr₇),sin(2πr₆)cos(2πr₇),cos(2πr₆))，若

则有

U_n+1＝sin(2πr₆)sin(2πr₇)

V_n+1＝sin(2πr₆)cos(2πr₇)

W_n1＝cos(2πr₆)

反之重新取一组r₆，r₇直至满足上述条件；

对于镜面反射，有