شبیه سازی انتقال حرارت تشعشعی

شبیه سازی  انتقال حرارت تشعشعی ،آموزش مدل‌سازی انتقال حرارت تشعشعی، باید به این فکر کنیم که چگونه تشعشع از یک سطح ساطع می‌شود و توسط سطوح دیگر جذب می‌شود و همچنین چقدر تابش بین سطوح مبادله می‌شود. ما در دو پست وبلاگ قبلی به انتشار، انعکاس و انتقال پرداخته‌ایم و اکنون با معرفی مفهوم فاکتورهای دید و روش‌های مختلف محاسبه انتقال حرارت تشعشعی بین سطوح، شبیه سازی انتقال حرارت تشعشعی را به پایان می‌رسانیم.

آموزش نرم افزار comsol بیشتر بخوانید

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، دو جسم نازک و مسطح را در نظر بگیرید. ما فرض می کنیم که نور تابش فروسرخ (IR) می تواند آزادانه در فضای اطراف این سطوح منتشر شود. این در خلاء صدق می کند و برای هوا و بسیاری از گازهای دیگر در دمای اتاق مناسب است. مواردی که ممکن است تصور انتشار ضعیف نشده منطقی نباشد عبارتند از:

فرمول

info

گازهای جذب مادون قرمز،مانند :

بخار آب

گازها در دمای بالا

گازهایی با ذرات ریز پراکنده

گازهایی که تحت واکنش های شیمیایی قرار می گیرند

انتقال حرارت تابشی بین دو جسم همدما-شبیه سازی  انتقال حرارت تشعشعی

انتقال حرارت تابشی بین دو جسم همدما در دماهای مختلف وجود خواهد داشت. اجسام را می توان به عنوان نشستن در یک سطح محیطی محصور در نظر گرفت. بزرگی انتقال حرارت به اندازه و جهت آنها بستگی دارد و فقط بین سطوحی که روبروی یکدیگر هستند رخ می دهد.

دو جسم

فرض می کنیم که این دو جسم در دماهای مختلف ثابت هستند. خارج از این دو شی، چیزی در مدل مورد علاقه ما وجود ندارد، اما ما همچنین باید یک تعریف در مورد تمام فضای اطراف غیرمدل شده ارائه کنیم. ما باید دمای یکنواختی را تعریف کنیم که به آن دمای محیط یا پس زمینه می گویند. اگرچه ما به صراحت این فضای محیط را مدل نمی کنیم، اغلب تصور یک سطح محصورکننده با دمای ثابت راحت است.

تشعشعاتی -شبیه سازی  انتقال حرارت تشعشعی

بیایید اولین شی را در نظر بگیریم و در مورد تمام تشعشعاتی که ساطع می کند فکر کنیم. مقداری از شار گرمای تابشی به سمت محیط و مقداری به سمت جسم دوم می رود. اکنون مفهوم ضریب دید را معرفی می کنیم که کسری از تابش است که از سطح 1  خارج می شود و به سطح 2 می رسد و به صورت نوشته می شود. با فرض تشعشعیت یکنواخت و عدم وجود سطوح بازدارنده میانی، ضریب دید بین این سطوح عبارت است از:

هنگامی که بیش از دو سطح در سیستم وجود دارد، ممکن است که همه آنها بتوانند یکدیگر را ببینند، بنابراین ما ضریب دید را به صورت می نویسیم، جایی که شاخص همه سطوح متقابل مدل است. بین هر دو سطح، رابطه متقابل برقرار است:

مقعر -شبیه سازی  انتقال حرارت تشعشعی

توجه داشته باشید که اگر سطحی مقعر است، پس . همچنین شایان ذکر است که شار حرارتی به محیط از طریق ضریب نمای محیط تعریف می شود:

در ادامه درمورد سه روش شبیه سازی انتقال حرارت تشعشعی توضیح داده ایم.

شبیه سازی ردیابی پرتوها در تلسکوپ را اینجا بخوانید

سه روش برای محاسبه تبادل حرارت تابشی عبارتند از:

 

  1. ادغام مستقیم

آموزش کامسول روش ادغام مساحت مستقیم با اجرای یک انتگرال دوگانه روی همه جفت سطوح کار می کند. تا زمانی که هیچ انسداد و سایه ای بین سطوح وجود نداشته باشد قابل استفاده است. این روش ثابت کرده است که دقیق است، با دقتی که صرفاً توسط ترتیب ادغام تشعشع کنترل می شود.

آموزش کامسول

رابطه متقابل همیشه با این روش برآورده می شود، اما ضریب نمای محیط ممکن است با صفر برای یک حفره بسته متفاوت باشد اگر از گسسته سازی بسیار کم و یک شبکه بسیار درشت استفاده شود. اگر عناصر زیادی وجود داشته باشد، ادغام منطقه مستقیم از نظر محاسباتی فشرده می شود. همچنین از آنجایی که سایه زنی در نظر گرفته نمی شود، در درجه اول برای مدل سازی حفره های مقعر کوچک مفید است، بنابراین در عمل به مقدار کم از آن استفاده می شود.

 

نیم مکعب-شبیه سازی  انتقال حرارت تشعشعی

 

  1. نیم مکعب

روش hemicube را می توان به صورت مفهومی از تصویر زیر فهمید. یک عنصر سطحی را در نظر بگیرید، پنج مرز در مورد آن عنصر رسم کنید و آنها را به طور یکنواخت پیکسل کنید. سپس، چهره های اطراف را روی این مرزهای پیکسلی قرار دهید و پیکسل های مرتبط با هر وجه را بشمارید تا تعیین کنید چه مقدار گرمایش تشعشعی از وجوه اطراف می آید و به آن عنصر تابش می کند. این کار را برای هر سطحی تکرار کنید.

  1. اشعه

روش عکسبرداری پرتویی برای مواردی مفید است که تابش وابسته به زاویه، بازتاب دیدی یا نیمه شفافیت وجود دارد. روش پرتوگیری همانطور که از نامش پیداست، پرتوهایی را در فضا پرتاب می کند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که این یک روش ردیابی پرتو معکوس است. از نقطه ارزیابی درون هر عنصر، مجموعه‌ای از پرتوها به بیرون پرتاب می‌شوند و برای تعیین تابش از آن جهت استفاده می‌شوند. بنابراین، تصور کنید که پرتوها در جهت مخالف تابش ورودی هستند. این پرتوها نمونه‌گیری محدودی از تابش کل از فضای نیمکره اطراف را نشان می‌دهند.

تصویری از روش تیراندازی با اشعه بر حسب گسسته سازی یک نیمکره سه بعدی، برای وضوح تابش 4. هر کاشی از 16 کاشی صفحه شطرنجی پایه (سمت چپ) دارای مساحت مساوی است. فلش ها به سمت گوشه هر کاشی در نیمکره (راست) اشاره می کنند.

آموزش  comsolروش ray shooting دارای شش تنظیم قابل تغییر و همچنین ترتیب عناصر می باشد. مهم ترین آنها برای درک، وضوح تابش است، که توزیع اولیه پرتوها را بر روی یک نیمکره (در سه بعدی) یا نیم دایره (در دو بعدی) تعریف می کند، همانطور که در تصویر بالا برای وضوح تابش نشان داده شده است.

این روش با تقسیم کردن محیط به تعداد کاشی‌های سه بعدی (یا دو بعدی) و سپس کشیدن یک پرتو به گوشه هر کاشی آغاز می‌شود. هر یک از این کاشی‌ها ضریب دید یکسانی دارند، به این معنی که از طریق قیاس Nusselt، مساحت پیش‌بینی‌شده هر کاشی بر روی صفحه زیر برابر است. برای حالت دوبعدی یک نیم دایره، همانطور که در زیر نشان داده شده است، محیط اطراف به کاشی‌هایی تقسیم می‌شود که هر کدام دارای همان ناحیه پیش‌بینی شده روی صفحه هستند. توجه داشته باشید که چگونه این امر منجر به توزیع غیریکنواخت و زاویه ای پرتوها می شود، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

وقتی پرتو به بیرون پرتاب می‌شود، اساساً شار گرمایی را که از آن جهت می‌آید پرس و جو می‌کند و سپس آن را با شار گرمایی که از پرتوهای مجاور می‌آید مقایسه می‌کند. اگر تفاوتی در شار وجود داشته باشد، همانطور که توسط تنظیمات Tolerance تعریف شده است، در این صورت روش عکسبرداری پرتو شروع به معرفی پرتوهای اضافی در بین آن ها می کند، تا حدی که در گزینه Maximum number of adaptations مشخص شده است. هنگامی که پرتو به یک سطح بازتابنده یا گذرنده برخورد می کند، یک پرتو اضافی از آن سطح نیز تا حداکثر تعداد بازتاب ها پرتاب می شود. پیش فرض 1000 معقول است مگر اینکه با انعکاس های زیادی در داخل یک حفره با بازتاب دیدی بیشتر از 0.99 سروکار داشته باشیم.

تنظیم ویژگی‌های وابسته به زاویه‌ای فقط زمانی قابل اعمال است که سطوحی با تابش وابسته به زاویه وجود داشته باشند. تنظیم پیش‌فرض وضوح کامل نه تنها دقیق‌ترین، بلکه از نظر محاسباتی فشرده‌تر است، در مقایسه با گزینه تابع درون‌یابی، که در آن می‌توانید مشخص کنید که چقدر دقیق از تابع وابستگی زاویه‌ای نمونه‌گیری شود. (شبیه سازی انتقال حرارت تشعشعی )

این در درجه اول وضوح تشعشع و حداکثر تعداد سازگاری است که باید مورد مطالعه قرار گیرد تا به نتایج اطمینان حاصل شود، بنابراین درک تأثیر متقابل بین این تنظیمات مهم است. بیایید به یک مورد دو بعدی نگاه کنیم و پرتوهایی را که از یک عنصر در مرکز پرتاب می‌شوند، در نظر بگیریم. لازم به ذکر است که این طرح صرفاً تصویرسازی است. خود پرتوهای محاسباتی قابل ترسیم نیستند. ما یک نیم دایره اطراف واحد گسیل (معادل بازتاب صفر) و دمای یکنواخت ثابت را در نظر می گیریم، به این معنی که هر پرتو بار تابشی یکسانی را می بیند. در این حالت، حتی حداقل وضوح تشعشع، پاسخ صحیح را برای شار می دهد. وضوح بالاتر (پرتوهای بیشتر) به دقت بالاتر منجر نمی شود و هیچ انطباق هرگز ایجاد نمی شود.

در مرحله بعد، همچنین یک واحد گسیل، اما در دمای متفاوت، در یک مکان زاویه ای که اتفاقاً دقیقاً با یکی از جهت های پرتو منطبق است. این پرتو اکنون چیزی متفاوت از پرتوهای همسایه خود می بیند و فضای زاویه ای به شکل زیر تقسیم می شود. افزایش حداکثر تعداد سازگاری باعث افزایش دقت می شود، اما نیازی به افزایش وضوح پرتو نیست زیرا جسم کوچک قبلاً توسط یکی از پرتوهای اولیه دیده می شود. این انطباق پرتوها بر اساس حس کردن تابش متفاوت از پرتوهای مختلف اتفاق می‌افتد، بنابراین اگر یک سطح منفرد دارای تغییرات فضایی شار تابشی باشد نیز کار خواهد کرد.

در نهایت، اجازه دهید یک شی کوچک دیگر را در موقعیت زاویه ای متفاوتی که با یکی از جهت های تفکیک تشعشع اولیه منطبق نیست، معرفی کنیم. در این مورد، مهم نیست که حداکثر تعداد انطباق ها چقدر است. این شی دوم هرگز توسط هیچ یک از پرتوهای اولیه “دیده” نمی شود. برای دیدن این شی دوم، وضوح تشعشع نیز باید افزایش یابد.

انجام پروژه کامسول 

استفاده از گروه های تشعشعی

به موازات تمام روش های ذکر شده، می توان از گروه های تشعشعی استفاده کرد. با انتخاب مجموعه‌هایی از مرزهایی که فقط می‌توانند یکدیگر را ببینند – به خصوص در مدلی با چندین حفره مجزا – هزینه محاسباتی کاهش می‌یابد. گروه ها باید با دقت استفاده شوند، زیرا می توانند نتایج اشتباهی ایجاد کنند

دسته‌بندی نشده

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *