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有限元求解二维梯度折射率材料内辐射—相变耦合传热

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目录

有限元求解二维梯度折射率材料内辐射—相变耦合传热

COUPLED RADIATION AND PHASE-CHANGEHEAT TRANSFER IN A TWO-DIMENSIONALGRADIENT INDEX MEDIUM USING FINITEELEMENT METHOD

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 半透明材料凝固和熔化问题

1.2.2 半透明材料梯度折射率介质内的辐射传热

1.3 本文主要研究内容

第2章 控制方程的有限元离散

2.1 物理模型假设

2.2 控制方程的有限元离散

2.2.1 稳态辐射—导热耦合换热方程的有限元离散

2.2.2 瞬态辐射—导热耦合换热方程的有限元离散

2.2.3 辐射—相变耦合换热方程的有限元离散

2.3 辐射传输方程的离散

2.4 程序实现

2.4.1 稳态辐射—导热耦合换热问题的程序实现

2.4.2 瞬态辐射—导热耦合换热问题的程序实现

2.4.3 辐射—相变耦合换热问题的程序实现

2.5 本章小结

第3章 辐射—相变耦合传热模型验证

3.1 二维稳态辐射—导热耦合换热模型的验证

3.2 二维瞬态辐射—导热耦合换热模型的验证

3.3 一维相变传热模型的验证

3.4 网格划分对计算精度的影响

3.5 本章小结

第4章 二维梯度折射率介质辐射—导热耦合换热

4.1 稳态辐射—导热耦合换热

4.1.1导热—辐射参数的影响

4.1.2 散射反照率的影响

4.1.3 光学厚度的影响

4.2 瞬态辐射—导热耦合换热

4.3 本章小结

第5章 梯度折射率介质辐射—相变耦合传热

5.1 物理模型

5.2 热辐射对相变传热的影响

5.3 折射率分布对相变传热的影响

5.4 导热系数对相变传热的影响

5.5 散射特性对相变传热的影响

5.6 介质两相区热物性随液相率线形变化时的相变传热

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢

国际图书分类号:621.1.016.7

He Kai

Prof. Tan He-Ping and associate Prof. Yi Hong-Liang

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摘要

半透明材料的熔化和凝固在工业过程中有重要的应用,例如光学晶体的生长、半透明陶瓷的激光加工等。半透明材料是辐射吸收、发射、散射性介质,内部辐射在一定条件下将显著影响相变过程,因此在其熔化和凝固过程中要考虑介质内部辐射的作用。半透明材料的相变过程不仅要考虑热传导,还需考虑热辐射,因此半透明材料的相变物理过程及其数值求解变得十分复杂。
  本文采用最小二乘有限元求解辐射传输方程,采用伽辽金有限元求解辐射—导热及辐射—相变耦合传热能量方程,研究了辐射—导热耦合传热特性及辐射—相变耦合传热特性。主要研究内容如下:
  1)建立辐射—导热稳态及瞬态耦合传热模型的有限元离散模型;建立辐射—相变耦合传热的有限元离散模型。在辐射—相变耦合传热能量方程中,将相变潜热项视为内热源项,并采用集中参数法对相变潜热源项进行离散。对辐射—相变耦合换热方程进行有限元离散时还需考虑变物性问题,即对热物性参数进行插值。
  2)通过与文献结果的对比验证本文建立的辐射—导热耦合传热问题的有限元离散模型的可靠性。在此基础上,研究二维梯度折射率介质内辐射—导热耦合传热的稳态及瞬态温度分布特征,详细分析导热—辐射参数、散射反照率、光学厚度、折射率分布及散射相函数对耦合传热的影响。
  3)通过与文献结果的比较验证本文建立的辐射—相变耦合传热问题的有限元离散模型的可靠性。在此基础上,研究梯度折射率介质内辐射—相变耦合传热特性,分析热辐射对相变传热,以及折射率分布、导热—辐射参数、散射特性及相变潜热对辐射—相变耦合传热的影响。

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