航天器辐射传递系数算法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxiaojie33
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航天器热分析与计算是航天器热控设计过程中不可或缺的环节,目前,国内热分析与计算工作严重依赖于国外的商业软件,限制了热分析与计算水平的提高。基于此,本文对航天器热分析与计算软件的子求解器——辐射传递系数求解器的自主化进行初步探索,完成了如下工作:首先,通过系统分析国内外辐射传递系数算法的研究现状,决定采用基于角系数的辐射传递系数改进算法。基于MC法确定了角系数的算法流程,并按发射概率模型研究和相交情况的几何判定研究这两个核心算法展开。给出坐标系的定义及坐标系之间的转换关系后,基于辐射力导出平面能束发射位置概率模型,使用网格划分的方式将三维问题转换为二维问题来处理。用不需坐标转换的切球法替代了传统的能束发射方向确定算法,减小了计算量。求得能束方程后,先给出能束相交判定的一般方法,对二维情况再给出易于计算机实现的奇偶原理。利用能束的遮挡判断代替了面的遮挡判断,有效的解决了表面间辐射遮挡的判断难题。其次,通过对能量传递过程的分解导出基于角系数的辐射传递系数改进算法,避免了能束吸收的判定和反射能束的求解,提高了计算效率。再次,在实现过程中,采用三角形和圆盘为航天器形状划分的标准。将辐射传递系数求解器分为角系数计算模块和辐射传递系数计算模块分别实现。角系数计算模块又分解成三角形、圆盘发射概率模块和能束相交判定模块,对这些模块用到的计算机几何图形学算法进行研究并给出详细的解决方案。对于三角形和圆盘发射概率模块,本文对矩形应用筛选法进行预处理,有效解决了直接由三角形和圆盘确定随机能束发射位置带来的算法复杂,不利于计算机实现的困难。利用列主元高斯消去法求解由角系数、发射率和辐射传递系数组成的线性方程组,实现了辐射传递系数的求解。最后,在进行大量测试的前提下,选用一个由四面体封闭腔内加一遮挡板组成的算例,分别用自编程求解器和Thermal Desktop进行多次多条件计算,通过对计算结果的比较和分析,得出了自编程求解器求解精度和效率已达到Thermal Desktop同一水平的结论。
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