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第1章 半透明介质层辐射与导热耦合传热1

1.1半透明介质和自然状态界面1

1.2热辐射光谱特性的处理3

1.2.1灰体、灰介质3

1.2.2平均当量参数法3

1.2.3谱带近似法（谱带模型）3

1.3射线踪迹-节点分析法简介5

1.4辐射与导热耦合传热能量方程7

1.5辐射热源项8

1.5.1表面S1 、 S2均半透明8

1.5.2表面S1 、 S2均不透明10

1.5.3表面S1半透明、表面S2不透明11

1.6表面辐射热流密度12

1.6.1表面S1 、 S2均半透明12

1.6.2表面S1、S2均不透明13

1.6.3表面S1半透明、表面S2不透明13

1.7热辐射边界条件14

1.7.1折射率与全反射14

1.7.2界面光学特性15

1.7.3热边界条件15

1.8射线踪迹-节点分析法研究进展17

参考文献18

第2章 单层各向同性散射介质内的辐射传热22

2.1单层吸收、发射性介质的辐射传递系数22

2.2单层吸收、发射、各向同性散射介质的辐射传递系数24

2.2.1计算散射时的能量平衡25

2.2.2考虑n次散射26

2.2.3数值计算方法28

2.3辐射传递系数的完整性检验29

2.4单层半透明介质内的辐射传热31

2.4.1玻璃平板冷却过程分析31

2.4.2航天飞机重返大气层时舷窗的瞬态加热32

2.4.3不透明界面下给定边界温度的瞬态耦合传热33

2.4.4部分漫反射、部分镜反射表面的辐射传递34

2.5脉冲激光引起的瞬态热效应37

2.5.1边界条件39

2.5.2激光入射在吸收、发射性介质内产生的辐射外热源40

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41

2.5.4激光入射的数值模拟和温度响应44

2.6红外加热过程中均匀介质内部温度场分析48

2.6.1物理模型49

2.6.2半透明界面下介质物性对内部温度分布的影响50

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51

2.7本章小结52

参考文献53

第3章 三层各向同性散射介质内的辐射传热56

3.1引言56

3.2物理模型简介57

3.3两层介质辐射强度和辐射能量的传递模型58

3.3.1镜反射模型59

3.3.2漫反射模型60

3.4辐射传递系数60

3.4.1镜反射辐射传递系数的推导61

3.4.2镜反射率的确定62

3.4.3漫反射率的确定66

3.4.4全反射对辐射强度份额传递函数的影响66

3.4.5镜反射辐射传递系数的求解69

3.4.6漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性70

3.4.7漫反射辐射传递系数的推导71

3.5三层模型的检验72

3.6两侧表面均半透明镜反射下三层介质耦合换热73

3.6.1真空隔离层对耦合换热的影响73

3.6.2非均匀辐射物性对温度分布的影响75

3.7两侧表面均不透明镜反射下三层介质耦合换热78

3.7.1导热-辐射参数对温度分布的影响78

3.7.2表面发射率对温度分布的影响79

3.7.3散射反照率对温度分布的影响79

3.7.4折射率对温度分布的影响80

3.7.5衰减系数对温度分布的影响81

3.7.6本节小结81

3.8一侧不透明一侧半透明镜反射下三层介质耦合换热82

3.8.1 S1不透明、S2半透明时的耦合换热82

3.8.2 S1半透明、S2不透明时的耦合换热83

3.8.3本节小结84

3.9两侧表面均半透明漫反射下三层介质耦合换热85

3.9.1对流换热系数对传热的影响85

3.9.2吸收系数对传热的影响86

3.9.3折射率对耦合换热的影响87

3.9.4导热-辐射参数对耦合换热的影响87

3.9.5单位体积比热容对传热的影响88

3.9.6本节小结89

3.10两侧表面均不透明漫反射下三层介质耦合换热89

3.11镜反射和漫反射对耦合换热影响的比较90

3.12本章小结91

参考文献91

第4章n层各向同性散射介质内的辐射传热95

4.1引言95

4.2 n层介质物理模型96

4.3多层辐射强度和辐射能量传递模型96

4.3.1镜反射模型97

4.3.2漫反射模型99

4.3.3多层模型子程序99

4.4辐射传递系数的推导99

4.4.1镜反射下辐射传递系数的相对性和完整性100

4.4.2镜反射下辐射强度在n层介质中的传递101

4.4.3镜反射下辐射传递系数的求解104

4.4.4漫反射下辐射传递系数的相对性和完整性106

4.4.5漫反射下辐射传递系数的推导107

4.5 n层辐射传递模型的检验108

4.6两侧表面半透明镜反射时折射率对耦合换热的影响109

4.6.1折射率排列对传热的影响109

4.6.2介质层厚度对传热的影响112

4.6.3介质层数及折射率排列对传热的影响112

4.6.4本节小结113

4.7两侧表面不透明镜反射时n层介质内耦合换热研究114

4.7.1折射率对瞬态耦合换热的影响114

4.7.2真空隔离层对瞬态耦合换热的影响116

4.7.3本节小结118

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118

4.8.1对流换热系数、表面发射率对耦合换热的影响118

4.8.2外界入射辐射对耦合换热的影响119

4.8.3介质层厚度对耦合换热的影响121

4.8.4折射率排列对耦合换热的影响122

4.8.5本节小结123

4.9界面光学特性对镜、漫反射模型耦合换热的影响123

4.10本章小结125

参考文献125

第5章 单层各向异性散射介质内的辐射传热128

5.1引言128

5.2各向异性散射的第一个子过程129

5.2.1表面S1 、 S2均不透明129

5.2.2表面S1、S2均半透明134

5.3各向异性散射的第二个子过程139

5.3.1散射能量传输递推函数140

5.3.2考虑多次散射141

5.3.3考虑第n次散射143

5.4辐射传递系数的相对性和完整性144

5.4.1辐射传递系数的相对性144

5.4.2辐射传递系数的完整性145

5.5单层各向异性散射传递模型的验证145

5.5.1线性各向异性散射的结果比较145

5.5.2非线性各向异性散射的结果比较148

5.6 CPU时间和精度分析150

5.7节点对计算结果的影响150

5.8辐射-导热瞬态耦合换热151

5.8.1不透明光学界面、第一类热边界条件151

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152

5.9本章小结157

参考文献158

第6章 复合层各向异性散射介质内的辐射传热160

6.1引言160

6.2辐射传递的第一个子过程160

6.2.1从Sn面或P面发射的能量161

6.2.2从控制体Vj发射的能量162

6.2.3 （ Vj）ft和（ViVj）bt的推导164

6.2.4（ViS_∞）ft和（ViS_∞）bt的推导172

6.2.5 （ViS+∞）ft和（ViS+∞）bt的推导174

6.3辐射传递的第二个子过程174

6.4界面全反射的处理179

6.5两层各向异性散射传递模型的验证180

6.6瞬态辐射-导热耦合传热181

6.6.1导热-辐射参数的影响181

6.6.2散射反照率排列的影响183

6.6.3折射率排列的影响184

6.6.4表面发射率的影响185

6.6.5界面光学特性的影响186

6.7本章小结188

参考文献188

第7章 两界面具有不同反射特性的介质层的辐射传热190

7.1引言190

7.2辐射传递系数190

7.2.1 （S1 S2 ）s-d o-o的推导191

7.2.2 （S2S1）s-d o-o的推导192

7.2.3 （S1 Vi ）s-d o-o的推导192

7.2.4 （ViS1 ）s-d o-o的推导193

7.2.5 （S2 Vi ）s-d o-o的推导195

7.2.6 （ViS2 ）s-d o-o的推导196

7.2.7（V2Vj）s-d o-o的推导197

7.3 s-d辐射传递模型的验证204

7.4 s-d表面反射特性下辐射与导热瞬态耦合传热205

7.4.1对流-辐射参数的影响205

7.4.2导热-辐射参数的影响207

7.4.3折射率的影响208

7.4.4散射反照率的影响208

7.4.5不透明表面发射率的影响210

7.4.6各向异性散射特性的影响210

7.4.7光学厚度的影响213

7.5本章小结215

参考文献215

第8章 多层模型求解梯度折射率介质辐射传热217

8.1引言217

8.2离散物理模型219

8.3多层辐射传递函数220

8.4梯度折射率介质的辐射传递系数221

8.4.1辐射传递系数的推导221

8.4.2折射（或透射）/全反射判据226

8.5辐射传递系数正确性的验证227

8.6计算结果的验证227

8.6.1与文献[13]在辐射平衡条件下计算结果的比较227

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228

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228

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231

8.7辐射-导热瞬态耦合换热232

8.7.1两表面均半透明且镜反射232

8.7.2两镜反射表面一侧半透明一侧不透明237

8.8非均匀介质瞬态辐射换热242

8.8.1折射率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响242

8.8.2衰减系数连续变化对介质瞬态辐射传热的影响243

8.8.3散射反照率连续变化对介质瞬态辐射传热的影响243

8.8.4本节小结244

8.9本章小结245

参考文献246

第9章 二维射线踪迹-节点分析法求解矩形介质辐射传热251

9.1引言251

9.2物理模型及能量方程253

9.3各表面均为黑体时矩形介质耦合换热研究254

9.3.1辐射源项及不透明边界条件254

9.3.2未考虑散射影响的辐射传递系数求解256

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258

9.3.4各向同性散射性介质的辐射传递系数求解259

9.3.5温度场求解262

9.3.6耦合换热物理模型正确性的检验265

9.3.7结果与讨论266

9.4一个表面半透明漫反射时矩形介质耦合换热研究269

9.4.1物理模型简介及反射率的确定269

9.4.2辐射源项与边界条件270

9.4.3未考虑散射的辐射传递系数求解271

9.4.4未考虑散射的辐射传递系数的相对性和完整性274

9.4.5各向同性散射性介质的辐射传递系数277

9.4.6温度场求解277

9.4.7耦合换热物理模型正确性检验277

9.4.8结果与讨论278

9.5本章小结282

参考文献283

第10章 多层半透明介质耦合传热在工程中的应用286

10.1空间液滴辐射散热器散热分析286

10.1.1空间辐射散热器的物理模型和数学模型287

10.1.2含液滴介质辐射特性计算288

10.1.3计算结果及验证289

10.2空间光学窗口的热分析292

10.2.1单层光学窗口293

10.2.2双层光学窗口294

10.2.3三层光学窗口296

10.3半透明相变介质内的耦合传热298

10.3.1控制方程298

10.3.2辐射源项的求解299

10.3.3模型验证300

10.3.4结果与讨论300

10.4本章小结305

参考文献306

附录308

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308

附录B任意层介质的辐射传递系数310

附录C漫反射表面下的辐射传递系数322

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327

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330

附录F两侧半透明s-d表面下的辐射传递系数334

附录G一侧半透明s-d表面下的辐射传递系数345

附录H不透明s-d表面下的方向散射辐射传递系数354

附录I界面辐射能量传递函数求解363

附录J其他辐射传递系数的求解371

附录K线性化方程组系数的确定375