介质辐射传热

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    随堂模式课程一般为每学期一轮次,课程每周更新,作业、考试有截止时间,由课程提供方老师、助教指导,课程完结,成绩由老师确认后,统一发放证书。

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    自主模式课程常年开放加入,课件全部开放,作业、考试无截止时间,有学堂在线招募选拔的助教指导,考核通过即可自动获得证书。

来自于: 清华大学 | 分类: 工程(305)

课程描述

热辐射司空见惯,在高温条件下更显著。发生在燃烧等非真空环境中的、介质强参与的热辐射传递过程,充满挑战。学习本门课程,你将经历一段充满智慧的旅程。

什么是认证证书?
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课程简介

锅炉、加热炉、窑炉、汽车、船舶、飞机、导弹和运载火箭等的高温工业燃烧装置中,处处可见高温热辐射在其中发挥重要的作用。包含气体、液滴、固体颗粒物等热辐射参与性介质的热辐射传递过程准确定量十分更加复杂。本课程将辐射传递方程(Radiative Transfer Equation,RTE)作为介质辐射传热分析的主线和重点,大约一半的课时用于RTE的推导、分析及求解方法的介绍,大约四分之一课时用于对气体、颗粒物和表面辐射特性及其模型进行介绍,剩下四分之一课时用于若干介质热辐射传递的应用问题。

本课程将贯穿科学思维方法和先进分析方法的讲解,比如具有普遍使用价值的蒙特卡罗方法,以及已知信息不足条件下的病态反问题求解方法等,这些分析方法对热辐射以外的问题也具有良好的参考价值。

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课程章节

第一章 辐射传热基本概念回顾
第1节 热辐射的重要性
第2节 热辐射基本概念
第3节 表面对辐射的作用
第4节 表面双向反射分布函数及偏离镜向反射峰值现象
第5节 黑体
第6节 几个重要的基础辐射定律
第7节 辐射强度概念及兰贝特定律
第8节 发射率(黑度)及其检测举例
第9节 吸收率及灰体概念
第10节 温室效应及大气辐射
第11节 气体辐射换热基本概念及挑战
第12节 本课程教学思路及教材
第二章 辐射传递方程的建立和推导
第1节 辐射传递系统、辐射介质及辐射强度
第2节 辐射吸收和散射方程
第3节 辐射发射和散射的增强作用方程
第4节 一般辐射传递方程
第5节 几种简化条件下的辐射传递方程
第6节 辐射传递方程的边界条件及RTE小结
第7节 入射辐射、辐射热通量及辐射热源
第8节 热流体能量守恒方程及本章小结
第二章习题
第三章 一维系统辐射传递理论解
第1节 一维系统辐射传递分析的意义及一维平行平板介质
第2节 一维辐射传递方程一般形式
第3节 一维辐射传递方程简化形式
第4节 边界为黑体表面的非散射平板介质精确解
第5节 辐射平衡灰性非散射平板介质精确解
第6节 平板间介质辐射热通量及其散度计算一例
第7节 灰性漫射边界非散射平板介质精确解
第8节 几种散射平板介质精确解
第三章习题
第四章 光学薄、光学厚概念及其近似解
第1节 光学薄近似概念
第2节 几种特殊的光学薄近似
第3节 光学薄介质辐射传递分析一例
第4节 光学薄近似解
第5节 光学厚近似的定义
第6节 光学厚近似的分析
第7节 光学厚近似解
第8节 本章小结
第四章习题
第五章 一维系统辐射传递一般近似解
第1节 一般近似解的意义
第2节 舒斯特-史瓦西近似解
第3节 米尔恩-爱丁顿近似解
第4节 指数核近似解
第5节 本章小结
第五章习题
第六章 辐射传递分析的离散坐标法(DOM)
第一节 DOM法的概念和发展
第二节 DOM的基本原理
第三节 离散方向的选择
第四节 一维系统DOM求解
第五节 多维系统DOM法求解
第六节 FVM对DOM法的发展
第六章习题
第七章 辐射传递分析的蒙特卡罗法(MCM)
第一节 蒙特卡罗法的概念及其起源
第二节 浦丰(Buffon)问题
第三节 随机投点法与期望估计法
第四节 逆变换法:以介质吸收为例说明
第五节 辐射分析的蒙特卡罗法思路
第六节 辐射分析的蒙特卡罗法实施方法
第七节 蒙特卡罗法一例:READ法
第七章习题
第八章 辐射传递分析的DRESOR法
第一节 为什么要做高温燃烧热辐射检测?
第二节 高像素辐射成像分析面临的挑战
第三节 二维系统辐射成像计算
第四节 辐射成像的快速计算方法
第五节 辐射成像快速算法的验证
第六节 漫散射边界处理及DRESOR法提出
第七节 DRESOR法主要研究进展
第八节 习题
第九章 气体辐射特性及其光谱模型
第一节 气体辐射特性概述
第二节 气体辐射的物理机制
第三节 独立谱线的辐射计算
第四节 气体辐射特性数据库
第五节 气体辐射光谱模型概述
第六节 埃尔萨瑟窄带模型
第七节 统计窄谱带(SNB)模型
第八节 宽带模型
第九节 整体模型
第九章习题
第十章 粒子及粒子云辐射特性
第一节 粒子散射基本概念
第二节 粒子散射的定量描述
第三节 瑞利散射
第四节 球形粒子的米散射理论
第五节 大粒子辐射特性
第六节 粒子系辐射特性
第十章习题
第十一章 表面辐射特性
第一节 从路面蜃景谈起
第二节 粗糙面大角度反射实验观察
第三节 表面的发射和吸收特性的描述
第四节 表面的反射特性的描述
第五节 表面辐射特性的理论分析
第六节 金属和非金属表面的辐射特性
第十一章习题
第十二章 梯度折射率介质和瞬态辐射问题
第一节 从“海市蜃楼”上蜃景谈起
第二节 梯度折射率介质辐射传递基本原理
第三节 梯度折射率介质辐射传递分析方法
第四节 梯度折射率介质辐射传递的DRESOR法
第五节 激光干涉法梯度折射率检测
第六节 瞬态辐射传递的时间漂移叠加法
第七节 瞬态辐射传递的DRESOR法
第十二章习题
第十三章 燃烧中的热辐射问题
第一节 燃烧学基本科学问题
第二节 热辐射对燃烧温度分布的影响
第三节 介质非灰性辐射模型的影响
第四节 湍流-辐射耦合作用(TRI)
第五节 燃烧反应放热的辐射传输机制
第六节 辐射传热对煤粉射流着火稳燃的作用
第十三章习题
第十四章 辐射反问题及三维温度场重建
第一节 因果律及正问题
第二节 反问题及辐射反问题
第三节 基于线性规划的二维温度场重建
第四节 分布参数反演的Tikhonov正则化方法
第五节 基于正则化的三维温度场重建
第六节 提高重建能力的虚拟像素法
第七节 温度场和辐射参数同时重建
第十四章习题

授课教师

  • 周怀春清华大学 教授

    周怀春,教授,博士生导师。2010年国家杰出青年科学基金获得者。主要研究领域:热辐射分析与燃烧监测、诊断及优化控制。提出并发展辐射传热问题分析的DRESOR 法,否定了路面“海市蜃楼”现象的传统解释;发展了火焰温度、黑度、炉内速度场、温度分布和辐射特性检测和重建的方法和技术,提出基于辐射能信号的锅炉燃烧优化控制策略,发明了大偏移量横向剪切干涉燃烧诊断方法和技术。从2007年起,连续进入国际传热传质中心(ICHMT)主办的历届辐射传递国际会议学术委员会,以及历届多相流测试技术国际学术会议组织委员会。在清华大学热能工程系开设《辐射介质传热理论与应用》研究生中英文课程,主持一套四本《热辐射经典译丛》出版工作(2016年出齐)。参编教材《辐射介质传热》获2011年度国家精品教材。曾获国家能源科技进步二等奖(2010年度,排名第一)、湖北省高等学校省级教学成果一等奖(2001年,排名第三)、教育部高等学校优秀青年教师教学和科研奖励计划首届“青年教师奖”(1999年)。

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常见问题

主要教材及参考书:

[1] Michael F. Modest, Radiative Heat Transfer, Third Edition, Academic Press, 2013. [2] 刘伟, 周怀春, 杨昆, 娄春. 辐射介质传热(普通高等教育“十一五”国家级规划教材、2011年度国家精品教材). 北京:中国电力出版社,2009. [3] 周怀春. 炉内火焰可视化检测原理与技术. 北京: 科学出版社, 2005.