文档介绍：硕士学位论文
一维频域瞬态辐射传输方程的数值模拟
及其反问题研究
NUMERICAL SIMULATION OF 1-D TRANSIENT
RADIATIVE TRANSFER IN
FREQUENCY-DOMAIN AND ITS INVERSE
PROBLEM
刘晓阳
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号: TK124 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
一维频域瞬态辐射传输方程的数值模拟
及其反问题研究
硕士研究生: 刘晓阳
导师: 齐宏副教授
申请学位: 工学硕士
学科、专业: 工程热物理
所在单位: 能源科学与工程学院
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TK124
U. D. C:
Dissertation for the Master Degree in Engineering
NUMERICAL SIMULATION OF 1-D TRANSIENT
RADIATIVE TRANSFER IN
FREQUENCY-DOMAIN AND ITS INVERSE
PROBLEM
Candidate: Liu Xiaoyang
Supervisor: Associate Prof. Qi Hong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Engineering Thermophysics
School of Energy Science and
Affiliation:
Engineering
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
超短脉冲激光在参与性介质中传播时,脉冲激光的持续时间在皮秒和飞秒
之间,和辐射传输时间的数量级相当,不能忽略辐射的瞬态效应。辐射传输的
瞬态效应包括时域和频域特征,现阶段时域的研究已经较多,而频域的研究才
刚刚起步。频域信号包括频率、相位等信息,频域的测量不但可以克服时域测
量中不能采用连续光源的限制,而且可以克服时域对检流器要求的限制。因此
本文对瞬态辐射传输的频域效应进行研究。
本文采用有限体积法求解频域瞬态辐射传输方程。采用无量纲化可以避免
计算过程中单位不统一的影响,简化了公式。在求解过程中将瞬态辐射传输方
程无量纲化后采用有限体积法进行离散求解。
模拟了超短脉冲激光入射一维均匀介质的情况,并进行立体角无关性和控
制体无关性验证,还与时域瞬态辐射传输进行傅里叶变换的结果相比对,讨论
介质物性和脉冲宽度对透射信号的影响。进一步研究超短脉冲激光入射一维两
层非均匀介质,与一维均匀介质进行对比,验证了程序的正确性,并考察了介
质物性和改变分界面的位置时对透射信号的影响。
对 Gauss 脉冲入射半无限大平板介质的正算模型中的峰值反射信号进行研
究,结果表明无量纲时域峰值反射信号符合 Boltzmann 分布函数,并对其进行
拟合重建,为瞬态辐射反问题的研究提供了新的思路。基于瞬态辐射传输方程,
采用微粒群法进行智能优化反演介质内部的辐射物性。反演过程中确定了微粒
群数目、微粒最大速度和搜索空间等反演参数的选择,考察了不同测量误差对
反演结果的影响。
关键词:频域瞬态辐射传输;有限体积法;峰值反射信号;微粒群算法
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The duration of ultra-short pulse laser ranges from picosecond to femtosecond
when it propagates in participating media, the magnitude of which parable to
the time scale of radiative transfer, and therefore the transient radiation effects cannot
be ignored. The transie