多层介质红外热辐射传输

前言

符号表

第1章 半透明介质层辐射与导热耦合传热

1.1 半透明介质和自然状态界面

1.2 热辐射光谱特性的处理

1.2.1 灰体、灰介质

1.2.2 平均当量参数法

1.2.3 谱带近似法（谱带模型）

1.3 射线踪迹-节点分析法简介

1.4 辐射与导热耦合传热能量方程

1.5 辐射热源项

1.5.1 表面S1、S2均半透明

1.5.2 表面S1、S2均不透明

1.5.3 表面S1半透明、表面S2不透明

1.6 表面辐射热流密度

1.6.1 表面S1、S2均半透明

1.6.2 表面S1、S2均不透明

1.6.3 表面S1半透明、表面S2不透明

1.7 热辐射边界条件

1.7.1 折射率与全反射

1.7.2 界面光学特性

1.7.3 热边界条件

1.8 射线踪迹-节点分析法研究进展

参考文献

第2章 单层各向同性散射介质内的辐射传热

2.1 单层吸收、发射性介质的辐射传递系数

2.2 单层吸收、发射、各向同性散射介质的辐射传递系数

2.2.1 计算散射时的能量平衡

2.2.2 考虑n次散射

2.2.3 数值计算方法

2.3 辐射传递系数的完整性检验

2.4 单层半透明介质内的辐射传热

2.4.1 玻璃平板冷却过程分析

2.4.2 航天飞机重返大气层时舷窗的瞬态加热

2.4.3 不透明界面下给定边界温度的瞬态耦合传热

2.4.4 部分漫反射、部分镜反射表面的辐射传递

2.5 脉冲激光引起的瞬态热效应

2.5.1 边界条件

2.5.2 激光入射在吸收、发射性介质内产生的辐射外热源

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

2.5.4 激光入射的数值模拟和温度响应

2.6 红外加热过程中均匀介质内部温度场分析

2.6.1 物理模型

2.6.2 半透明界面下介质物性对内部温度分布的影响

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

2.7 本章小结

参考文献

第3章 三层各向同性散射介质内的辐射传热

3.1 引言

3.2 物理模型简介

3.3 两层介质辐射强度和辐射能量的传递模型

3.3.1 镜反射模型

3.3.2 漫反射模型

3.4 辐射传递系数

3.4.1 镜反射辐射传递系数的推导

3.4.2 镜反射率的确定

3.4.3 漫反射率的确定

3.4.4 全反射对辐射强度份额传递函数的影响

3.4.5 镜反射辐射传递系数的求解

3.4.6 漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性

3.4.7 漫反射辐射传递系数的推导

3.5 三层模型的检验

3.6 两侧表面均半透明镜反射下三层介质耦合换热

3.6.1 真空隔离层对耦合换热的影响

3.6.2 非均匀辐射物性对温度分布的影响

3.7 两侧表面均不透明镜反射下三层介质耦合换热

3.7.1 导热-辐射参数对温度分布的影响

3.7.2 表面发射率对温度分布的影响

3.7.3 散射反照率对温度分布的影响

3.7.4 折射率对温度分布的影响

3.7.5 衰减系数对温度分布的影响

3.7.6 本节小结

3.8 一侧不透明一侧半透明镜反射下三层介质耦合换热

3.8.1 S1不透明、S2半透明时的耦合换热

3.8.2 S1半透明、S2不透明时的耦合换热

3.8.3 本节小结

3.9 两侧表面均半透明漫反射下三层介质耦合换热

3.9.1 对流换热系数对传热的影响

3.9.2 吸收系数对传热的影响

3.9.3 折射率对耦合换热的影响

3.9.4 导热-辐射参数对耦合换热的影响

3.9.5 单位体积比热容对传热的影响

3.9.6 本节小结

3.10 两侧表面均不透明漫反射下三层介质耦合换热

3.11 镜反射和漫反射对耦合换热影响的比较

3.12 本章小结

参考文献

第4章 n层各向同性散射介质内的辐射传热

4.1 引言

4.2 n层介质物理模型

4.3 多层辐射强度和辐射能量传递模型

4.3.1 镜反射模型

4.3.2 漫反射模型

4.3.3 多层模型子程序

4.4 辐射传递系数的推导

4.4.1 镜反射下辐射传递系数的相对性和完整性

4.4.2 镜反射下辐射强度在n层介质中的传递

4.4.3 镜反射下辐射传递系数的求解

4.4.4 漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性

4.4.5 漫反射下辐射传递系数的推导

4.5 n层辐射传递模型的检验

4.6 两侧表面半透明镜反射时折射率对耦合换热的影响

4.6.1 折射率排列对传热的影响

4.6.2 介质层厚度对传热的影响

4.6.3 介质层数及折射率排列对传热的影响

4.6.4 本节小结

4.7 两侧表面不透明镜反射时n层介质内耦合换热研究

4.7.1 折射率对瞬态耦合换热的影响

4.7.2 真空隔离层对瞬态耦合换热的影响

4.7.3 本节小结

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

4.8.1 对流换热系数、表面发射率对耦合换热的影响

4.8.2 外界入射辐射对耦合换热的影响

4.8.3 介质层厚度对耦合换热的影响

4.8.4 折射率排列对耦合换热的影响

4.8.5 本节小结

4.9 界面光学特性对镜、漫反射模型耦合换热的影响

4.10 本章小结

参考文献

第5章 单层各向异性散射介质内的辐射传热

5.1 引言

5.2 各向异性散射的第一个子过程

5.2.1 表面S1、S2均不透明

5.2.2 表面S1、S2均半透明

5.3 各向异性散射的第二个子过程

5.3.1 散射能量传输递推函数

5.3.2 考虑多次散射

5.3.3 考虑第n次散射

5.4 辐射传递系数的相对性和完整性

5.4.1 辐射传递系数的相对性

5.4.2 辐射传递系数的完整性

5.5 单层各向异性散射传递模型的验证

5.5.1 线性各向异性散射的结果比较

5.5.2 非线性各向异性散射的结果比较

5.6 CPU时间和精度分析

5.7 节点对计算结果的影响

5.8 辐射-导热瞬态耦合换热

5.8.1 不透明光学界面、第一类热边界条件

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

5.9 本章小结

参考文献

第6章 复合层各向异性散射介质内的辐射传热

6.1 引言

6.2 辐射传递的第一个子过程

6.2.1 从Sn面或P面发射的能量

6.2.2 从控制体Vj发射的能量

6.2.3 （ViVj）ft和（ViVj）bt的推导

6.2.4 （ViS-∞）ft和（ViS-∞）bt的推导

6.2.5 （ViS+∞）ft和（ViS+∞）bt的推导

6.3 辐射传递的第二个子过程

6.4 界面全反射的处理

6.5 两层各向异性散射传递模型的验证

6.6 瞬态辐射-导热耦合传热

6.6.1 导热-辐射参数的影响

6.6.2 散射反照率排列的影响

6.6.3 折射率排列的影响

6.6.4 表面发射率的影响

6.6.5 界面光学特性的影响

6.7 本章小结

参考文献

第7章 两界面具有不同反射特性的介质层的辐射传热

7.1 引言

7.2 辐射传递系数

7.2.1 （S1S2）s-do-o的推导

7.2.2 （S2S1）s-do-o的推导

7.2.3 （S1Vi）s-do-o的推导

7.2.4 （ViS1）s-do-o的推导

7.2.5 （S2Vi）s-do-o的推导

7.2.6 （ViS2）s-do-o的推导

7.2.7 （ViVj）s-do-o的推导

7.3 s-d辐射传递模型的验证

7.4 s-d表面反射特性下辐射与导热瞬态耦合传热

7.4.1 对流-辐射参数的影响

7.4.2 导热-辐射参数的影响

7.4.3 折射率的影响

7.4.4 散射反照率的影响

7.4.5 不透明表面发射率的影响

7.4.6 各向异性散射特性的影响

7.4.7 光学厚度的影响

7.5 本章小结

参考文献

第8章 多层模型求解梯度折射率介质辐射传热

8.1 引言

8.2 离散物理模型

8.3 多层辐射传递函数

8.4 梯度折射率介质的辐射传递系数

8.4.1 辐射传递系数的推导

8.4.2 折射（或透射）/全反射判据

8.5 辐射传递系数正确性的验证

8.6 计算结果的验证

8.6.1 与文献[13]在辐射平衡条件下计算结果的比较

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

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

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

8.7 辐射-导热瞬态耦合换热

8.7.1 两表面均半透明且镜反射

8.7.2 两镜反射表面一侧半透明一侧不透明

8.8 非均匀介质瞬态辐射换热

8.8.1 折射率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响

8.8.2 衰减系数连续变化对介质瞬态辐射传热的影响

8.8.3 散射反照率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响

8.8.4 本节小结

8.9 本章小结

参考文献

第9章 二维射线踪迹-节点分析法求解矩形介质辐射传热

9.1 引言

9.2 物理模型及能量方程

9.3 各表面均为黑体时矩形介质耦合换热研究

9.3.1 辐射源项及不透明边界条件

9.3.2 未考虑散射影响的辐射传递系数求解

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

9.3.4 各向同性散射性介质的辐射传递系数求解

9.3.5 温度场求解

9.3.6 耦合换热物理模型正确性的检验

9.3.7 结果与讨论

9.4 一个表面半透明漫反射时矩形介质耦合换热研究

9.4.1 物理模型简介及反射率的确定

9.4.2 辐射源项与边界条件

9.4.3 未考虑散射的辐射传递系数求解

9.4.4 未考虑散射的辐射传递系数的相对性和完整性

9.4.5 各向同性散射性介质的辐射传递系数

9.4.6 温度场求解

9.4.7 耦合换热物理模型正确性检验

9.4.8 结果与讨论

9.5 本章小结

参考文献

第10章 多层半透明介质耦合传热在工程中的应用

10.1 空间液滴辐射散热器散热分析

10.1.1 空间辐射散热器的物理模型和数学模型

10.1.2 含液滴介质辐射特性计算

10.1.3 计算结果及验证

10.2 空间光学窗口的热分析

10.2.1 单层光学窗口

10.2.2 双层光学窗口

10.2.3 三层光学窗口

10.3 半透明相变介质内的耦合传热

10.3.1 控制方程

10.3.2 辐射源项的求解

10.3.3 模型验证

10.3.4 结果与讨论

10.4 本章小结

参考文献

附录

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

附录B 任意层介质的辐射传递系数

附录C 漫反射表面下的辐射传递系数

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

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

附录F 两侧半透明s-d表面下的辐射传递系数

附录G 一侧半透明s-d表面下的辐射传递系数

附录H 不透明s-d表面下的方向散射辐射传递系数

附录I 界面辐射能量传递函数求解

附录J 其他辐射传递系数的求解

附录K 线性化方程组系数的确定

《多层介质红外热辐射传输》系统地归纳、整理和总结了作者二十多年来在热辐射传递基准解及多层介质辐射传热等方面的研究工作，系统论述了作者提出的一种求解热辐射传递问题的基准算法——射线踪迹-节点分析法的基本原理，详细介绍了采用该方法研究各向异性散射介质、多层半透明介质、梯度折射率介质、半透明相变介质及矩形半透明介质内辐射传递及辐射-导热耦合传热的特性与规律。
《多层介质红外热辐射传输》可供工程热物理、红外技术物理以及航空航天、材料等相关学科从事热辐射模拟与应用的科研人员、工程技术人员，以及高等院校相关专业的研究生和高年级本科生参考。