Уточнение диффузионной модели переноса излучения в ослабляющей среде
Ключевые слова:
радиационный теплоперенос, ослабляющая среда, диффузионная модель, численное моделированиеАннотация
Целью работы было совершенствование численного метода решения задач радиационного теплопереноса в среде запыленных газов. Метод диффузионного приближения отличается простотой алгоритма, применяемого для численного решения дифференциального уравнения радиационного теплопереноса, но не учитывает анизотропности излучения. В докладе дан анализ причин его недостаточной точности, показано, что граничные условия создают источник непредсказуемых погрешностей. Приведено уточненное дифференциальное уравнение переноса излучения в ослабляющей среде запыленных газов, представлен алгоритм его численного решения. В реузльтате работы предложена и теоретически обоснована уточненная диффузионная модель радиационного теплопереноса в ослабляющей среде, образованной селективно поглощающими газами и частицами пыли, изотропно рассеивающими излучение. Чтобы устранить недостатки, свойственные методу диффузионного приближения, реальная ослабляющая среда временно заменена гипотетической неограниченной средой. Разложение в ряд позволило выполнить в ней интегрирование интенсивности излучения по телесному углу и устранить основные источники погрешностей приближенного метода. В итоге получены уточненные дифференциальные уравнения диффузионной математической модели радиационного теплопереноса в реальной ослабляющей среде и сформулированы корректные граничные условия на поверхности ограждающих стен при диффузном отражении падающего на них излучения. Уточненная диффузионная модель обладает простым алгоритмом, минимальными требованиями к компьютерным ресурсам и малым временем ее численной реализации.
Метрики
Библиографические ссылки
[APA]
1. Yandachek, P., Kovach, M., Onishchuk, V.I., Zozulya, Yu.G. & Kostenko S.E. (2014). Modelirovaniye energoeffektivnykh steklovarennykh pechey [Modeling of energy-efficient glass furnaces]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova, 5, 169-175. [In Russian]
2. Shaptala, V.V. (2015) Matematicheskaya model upravleniya radiatsionnym fonom proizvodstvennykh pomeshcheniy predpriyatiy stroyindustrii [Mathematical model of radiation background management of industrial premises of construction industry enterprises]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova, 4, 160-164. [In Russian]
3. Huang Zh., Cheng Q. & Lou Ch. (2018). A direct solution for radiative intensity with high directional resolution in isotropically scattering media. Int. J. Heat and Mass Transfer, 117, 296-302.
4. Feldheim, V. & Lybaert, P. (2004). Solution of radiative heat transfer problems with the discrete transfer method applied to triangular meshes. J. Comp. Appl. Math, 168, 179-190.
5. Ozen, G. & Selçuk, N. (2013). Performance of DOM and IDA with different angular discretization methods in 3-D absorbing–emitting–scattering media. Int. J. Therm. Sci, 65, 104-110.
6. Raithby, G.D. & Chui E.H. (1990). A finite-volume method for predicting a radiant heat transfer in enclosures with participating media. J. Heat Transfer, 112, 415-423.
7. An, W., Ruan, L.M., Qi, H. & Liu L.H. (2005). Finite element method for radiative heat transfer in absorbing and anisotropic scattering media. J. Quant. Spectr. Rad. Transfer, 96(4) , 409-422.
8. Ou, S.S. & Liou, K.N. (1982). Generalization of the spherical harmonic method to radiative transfer in multi-dimensional space. J. Quant. Spectrosc. Rad. Transfer, 28(4) , 271-288.
9. Pal, G., Gupta, A., Modest, M.F. & Haworth, D.C. (2015). Comparison of accuracy and computational expense of radiation models in simulation of non-premixed turbulent jet flames. Combustion and Flame, 162(6) , 2485-2487.
10. Chetverushkin, B.N. (1985). Matematicheskoye modelirovaniye zadach dinamiki iz-luchayushchego gaza [Mathematical modeling of problems of radiating gas dynamics]. Izd-vo Nauka. [In Russian]
[ГОСТ]
1. Моделирование энергоэффективных стекловаренных печей / П. Яндачек, М. Ковач, В.И. Онищук, Ю.Г. Зозуля, С.Е. Костенко // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 5. С. 169-175.
2. Шаптала В.В. Математическая модель управления радиационным фоном производственных помещений предприятий стройиндустрии // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 4. С. 160-164.
3. Huang Zh., Cheng Q., Lou Ch. A direct solution for radiative intensity with high directional resolution in isotropically scattering media // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2018. Vol.117. P. 296-302
4. Feldheim V., Lybaert P. Solution of radiative heat transfer problems with the discrete transfer method applied to triangular meshes // J. Comp. Appl. Math. 2004. Vol. 168. P. 179-190.
5. Ozen G., Selçuk N. Performance of DOM and IDA with different angular discretization methods in 3-D absorbing–emitting–scattering media // Int. J. Therm. Sci. 2013. Vol. 65. P. 104-110.
6. Raithby G.D., Chui E.H. A finite-volume method for predicting a radiant heat transfer in enclosures with participating media, J. Heat Transfer. 1990. Vol. 112. P. 415-423.
7. Finite element method for radiative heat transfer in absorbing and anisotropic scattering media / W. An, L.M. Ruan, H. Qi, L.H. Liu // J. Quant. Spectr. Rad. Transfer. 2005. Vol. 96 (4). P. 409-422
8. Ou Szu-C. S., Liou Kuo.-N. Generalization of the spherical harmonic method to radiative transfer in multi-dimensional space, J. Quant. Spectrosc. Rad. Transfer. 1982.Vol. 28 (4). P. 271-288.
9. Comparison of accuracy and computational expense of radiation models in simulation of non-premixed turbulent jet flames / G. Pal, A. Gupta, M.F. Modest, D.C. Haworth // Combustion and Flame. 2015. Vol. 162. № 6. P. 2487-2485.
10. Четверушкин Б.Н. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука, 1985. 304 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2019 Кузнецов В.А., Трубаев П.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
