Статья

Статья

Тепломассообмен и физическая газодинамика

2009. Т. 47. № 3. С. 396–411

Гусаров А.В.

Модель осредненного переноса излучения в двухфазной гетерогенной среде

В настоящее время для описания переноса излучения в гетерогенных средах используется уравнение переноса излучения (УПИ), строго обоснованное лишь для гомогенных сред, хотя гипотеза о применимости одной и той же модели и для гомогенных, и для гетерогенных сред сомнительна. Локальные интенсивности излучения в разных фазах гетерогенной среды могут значительно различаться, поэтому единственной осредненной интенсивности излучения, используемой в модели УПИ, недостаточно. Для двухфазной гетерогенной среды в пределе геометрической оптики получена модель переноса излучения, состоящая из двух уравнений переноса для парциальных интенсивностей излучения, осредненных в каждой фазе по отдельности. Эти уравнения похожи на обычные УПИ, но учитывают обмен излучения между фазами, поэтому они называются векторной моделью УПИ. Она сводится к обычному УПИ, когда одна из двух фаз непрозрачна, или одна фаза преобладает в объеме. Показано, что в этих двух предельных случаях векторная модель УПИ не противоречит известным расчетам методами лучевой оптики и Монте-Карло, а также экспериментальным данным. Предложенная векторная модель необходима, если обе фазы прозрачны или полупрозрачны и их объемные доли сравнимы, так как в этом случае отсутствуют удовлетворительные математические модели. Векторная модель описывает известные результаты моделирования методом Монте-Карло упакованных слоев полупрозрачных сфер. Применение векторной модели УПИ для экспериментальной идентификации радиационных свойств иллюстрируется на примере нормально-направленного коэффициента отражения упакованного слоя полупрозрачных частиц $mathrm{SiC}$. Численные расчеты подтверждают общую экспериментальную тенденцию возрастания коэффициента отражения при увеличении угла отражения. Основной вклад в погрешность дают граничные условия для векторных УПИ, поэтому необходим детальный анализ предложенной модели в приграничных областях.