用于模擬表面之間的熱輻射的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于計算熱表面福射的方法和關(guān)聯(lián)算法及其用于特別地相對于誘鑄 過程來模擬熱禪合表面福射的影響的使用。
[0002] 此外，將在進(jìn)一步有幫助的方法的算法的范圍內(nèi)描述本發(fā)明，在該里將其描述為 是用于計算熱表面福射的方法和算法的一部分，及其用于模擬熱禪合表面福射的影響的使 用，然而，其應(yīng)用不僅限于該里所述的方法和算法。
[0003] 因此，本發(fā)明此外設(shè)及一種供在模擬或計算過程中使用W便實現(xiàn)所使用的計算機(jī) 時間和計算機(jī)存儲器方面的節(jié)省的用于立體角的離散化的方法。
[0004] 因此，本發(fā)明還設(shè)及一種供在模擬或計算過程中使用W便實現(xiàn)所使用的計算機(jī)時 間和計算機(jī)存儲器方面的加速度和節(jié)省的射線描跡的方法。特別地，提出一種借助于并行 計算來單獨地加速射線描跡計算且與通過瓷磚成簇的各向異性切比雪夫距離計算和/或 附加加速度相組合的非常規(guī)方法。
[000引目錄表
【背景技術(shù)】
[0006]
【附圖說明】
[0007]
[0008] 原理
[0009] 福射表面處的能量平衡
[0010] 入射熱通量的計算
[0011] 福射瓦片
[0012] 立體巧的離前化
[0013] 分級系統(tǒng)
[0014] 對幾何結(jié)構(gòu)和溫度分布的適應(yīng)
[0015] 射線描跡 [001引加巧麼
[0017] 射線描跡
[0018] 瓦片成簇
[0019] 各向異性切比雪夫距離
[0020] 并行射線描跡
[0021] 熱計算
[0022] 示例忡麻用
【背景技術(shù)】
[0023] 許多重要性質(zhì)由溫度確定，諸如材料或介質(zhì)的粘度、導(dǎo)電性、比積或化學(xué)反應(yīng)性。 例如，在諸如金屬、玻璃、陶瓷之類的固態(tài)物質(zhì)的烙化、提純和/或形成領(lǐng)域中，例如，觀察 某些溫度（常常也W時間相關(guān)方式）具有重大意義。
[0024] 本發(fā)明設(shè)及用于計算熱表面福射的方法和關(guān)聯(lián)算法及其用于特別地相對于誘鑄 過程模擬熱禪合表面福射的影響的使用。
[00巧]本發(fā)明還設(shè)及一種用于通過計算灰體、擴(kuò)散表面之間的福射交換來模擬熱禪合表 面福射的影響的方法，其特征在于將待被福射的一個或多個表面被自適應(yīng)地、分級地細(xì)分 成相同或虛擬地相同福射強(qiáng)度的福射瓦片（tile)，并且借助于射線描跡來將由照射產(chǎn)生的 表面溫度計算為福射瓦片的所有部分量的總數(shù)。
[0026] 如上所述，本發(fā)明還設(shè)及一種方法，其中，通過球面投影來將立體角自適應(yīng)地且分 級地離散化到其部分區(qū)域。本發(fā)明還設(shè)及一種如上所述的方法，其中，加速了射線描跡程 序。
[0027] 此外，在進(jìn)一步有幫助的方法的算法的范圍內(nèi)描述本發(fā)明，在該里將其描述為是 用于計算熱表面福射的方法和算法的一部分，及其用于模擬熱禪合表面福射的影響的使 用，然而，其使用不僅限于該里所述的方法和算法。
[0028] 此外，本發(fā)明設(shè)及一種用于通過計算灰體、擴(kuò)散表面之間的福射交換來模擬熱禪 合表面福射對固體的影響的方法，該固體具有能夠被暴露于福射的至少一個表面，其特征 在于將待被暴露于福射的一個或多個表面被自適應(yīng)地、分級地細(xì)分成相同或虛擬地相同福 射強(qiáng)度的福射瓦片，并且借助于分級視角因數(shù)法來實現(xiàn)由照射產(chǎn)生的表面溫度，該視角因 數(shù)法包括使用主立體角細(xì)分來評估立體角積分，該主立體角細(xì)分包括均勻視角因數(shù)離散 化，其中，通過球面投影將每個立體角細(xì)分自適應(yīng)地且分級地離散化到其部分區(qū)域，并且其 中，可W借助于射線描跡來確定該立體角積分的所有部分量的總數(shù)。
[0029] 本發(fā)明還設(shè)及如上文所指示的方法，根據(jù)該方法加速了射線描跡，特別地，根據(jù)該 方法，通過福射瓦片成簇（clustering)來加速每個射線描跡，根據(jù)該方法，通過各向異性 切比雪夫距離法來加速每個射線描跡，和/或根據(jù)該方法借助于并行計算來加速每個射線 描跡。
[0030]此外，本發(fā)明此外設(shè)及計算機(jī)可讀介質(zhì)上的計算機(jī)軟件產(chǎn)品，其提供了用于執(zhí)行 如上文所指示的方法的軟件代碼。
[0031]Bindick、Ahrenholz和Krafczyk在ISBN978-953-307-550-1，AzizBelmiloudi Editor,printed2011-02-14,Chapter7 -"EfficientSimulationofTransientHeat TransferProblemsinCivilEngineering" 中的"HeatTransfer-Mathematical Modelling,NumericalMethodsandInformationTechnology"中概述了S個維度上的熱 禪合福射的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)（特別地參見7. 3節(jié)）。從而在參考此作品時將其觀察 結(jié)果整體地結(jié)合到本文中。
[0032]EP1 667 069Al描述了一種用于通過使用射線描跡來確定半透明介質(zhì)中的局部 福射強(qiáng)度的分布的方法，其中，介紹了用于確定顯示出至少一個邊界表面的半透明介質(zhì)中 的局部福射強(qiáng)度的分布的具有同時較小存儲器要求的顯著更快的方法。
【附圖說明】
[0033] 圖I.
[0034] 通過單位球面的一半的立體角的圖示。
[00巧] 圖2.
[0036] 立體角的安全嵌入離散化的示例。
[0037]圖 3.
[0038] 單位球面的固定細(xì)分的所選原理的圖示，視圖沿著福射瓦片的法線方向"從上方 看"。該細(xì)分類似于祀且包括方位角布置段，其又形成徑向環(huán)。
[0039]圖 4.
[0040] 用于從等式（7)得到的參數(shù)化（r= 4,n= 10)的方向矢量的系統(tǒng)的示例。根據(jù) (7a)的方向的總數(shù)等于N= 86。
[0041]圖 5.
[004引A;用細(xì)分（r，n) = (4,10)從第一水平創(chuàng)建第二細(xì)化水平，參見圖4。B;從第二水 平創(chuàng)建的第S水平，參見圖4。C;來自全部S個水平的方向矢量。在矢量的原點處使用不 同的符號來表征來自不同水平的矢量，比較使用圖4、5.A、5.B。根據(jù)射線描跡法來發(fā)送出用 于圖5.C中所示的所有方向的射線。
[0043]圖6.
[0044] 用于從角離散化的不同細(xì)化水平中選擇福射源的流程圖。
[0045]圖7.
[0046] 立體角的已修改離散化的示例。在圖中，在細(xì)化方向上標(biāo)記來自不同水平的球面 矩形。
[0047]圖 8.
[004引笛卡爾網(wǎng)格上的射線描跡圖。其包括與正交網(wǎng)格的交叉點序列的檢測。
[0049]圖 9.
[0050] 從正交網(wǎng)格單元的單獨福射側(cè)邊（十字）開始的瓦片結(jié)構(gòu)的支持變體。
[0051]圖 10.
[005引借助于2D示例的切比雪夫距離的圖示。IOA ;各向同性切比雪夫距離。IOB ;各向 異性切比雪夫距離。
[0053]圖11.
[0054] 各向異性切比雪夫距離所支持的2D射線描跡的示例。
[00 巧]圖 12.
[0056] 使用福射模型計算的用于烙模鑄造項目的熱結(jié)果的示例。實際應(yīng)用的示例。
[0057]圖13.
[005引大象家族（ele地antfamily);模型效率的測試、掩膜效果和與熱源的距離。熱量 來自圖像的左上方處的球。
[0059]圖 14.
[0060] 具有半封閉式腔體的烙爐中的4個齒輪組件的同時熱處理的建模。A;整體模型。 B;回火組件。熱源被安裝在左側(cè)和右側(cè)墻壁上。
[0061]圖 15.
[0062] 用=個車廂的計算情形。熱源在前面頂端處，在圖像中未示出。
[0063] 圖 16.
[0064] 烙爐中的5個鑄造累外殼的熱處理。
【具體實施方式】[00巧] 原理
[0066]猛射表而化的能量平衛(wèi)
[0067] 通過修改用于福射表面處的能量平衡條件的等式，在熱模型中將表面福射考慮在 內(nèi)。
[0068] 在沒有福射的情況下，單獨地用熱傳導(dǎo)流來表示此條件，
[0069] (1).
[0070] (1)中的具有索引L和R的變量表征了對應(yīng)于表面的左側(cè)和右側(cè)的熱傳導(dǎo)率和溫 度梯度。矢量東是法向面矢量。
[0071] 附加項、凈熱通量密度通過福射進(jìn)入平衡等式（1):<