طراحی معکوس محفظه­های تابشی با توزیع چشمه و سطح طراحی غیرخاکستری در محیط جذب­کننده- صادرکننده

 

  عنوان                                                                                                    صفحه

 

فصل اول: مقدمه و شرح مسئله

1-1   مقدمه2

1-2مروریبرکارهایگذشته3

1-3تعریفمسئله6

فصل دوم : مسئله مستقیم

2-1   مقدمه9

2-2معادلهانتقالحرارتتابشیدرمحیطتاثیرگذار9

2-2-1معادلاتجهت­هایمجزا12

2-2-2انتخابجهت­هایمجزایمناسب14

2-2-3توصیفمسئلهدرمختصاتکارتزین17

2-2-4مسائلدوبعدی                                                                      18

2-2-5الگوریتمحلبرایمحفظهباسطحطراحیطیفی                               20

2-2-6نقاطضعفروشجهت­هایمجزا25

فصل سوم : مسئله معکوس

3-1   مقدمه27

3-2روشبهینه‌سازیگرادیانمزدوج29

3-3ماتریسحساسیت32

3-3-1معرفیماتریسحساسیت32

3-3-2مسئلهحساسیت33

3-3-3الگوریتمروشگرادیانمزدوج34

فصل چهارم : نتایج و اعتبارسنجی

4-1مقدمه37

4-2اعتبارسنجیمسئلهمستقیم37

4-3تعریفمسئله40

4-4اثباتصحتحلمستقیم43

4-5صحّتمسئلهمعکوس44

4-6حلمعکوس45

4-6-1بررسیاثرضریبصدوردیواره­هایخاکستریمحفظه46

4-6-2بررسیاثرعمقاپتیکیمحیطمحفظه52

4-6-3مقایسهباسطحطراحیخاکستری                                                57

4-6-4بررسیاثرضریبصدوردیواره­هایخاکستریمحفظه60

4-6-5بررسیاثرعمقاپتیکیمحیطمحفظه65

4-6-6مقایسهباسطحطراحیخاکستری70

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجهگیری75

پیشنهادات76

     مراجع                                                                                                                   77

فهرست شکل­ها

 

عنوان شکل                            صفحه

شکل 1-1.محفظه تابشی دو بعدی   6

شکل 1-2. نمونه­ای از ضریب صدور بر روی سطح غیرخاکستری 7

شکل 2-1. تضعیف شدت انرژی تابشی به واسطه­ی جذب و پراکندگی در محیط

 تاثیرگذار11

شکل 2-2. تعادل انرژی در سطح 13

شکل 2-3.نمونه‌ای از یک حجم کنترل در محفظه 19

شکل 2-4. گوشه­ی محفظه که به عنوان نقطه­ی شروع محاسبات انتخاب شده است   21

شکل 4-1. مقایسه توزیع شار حرارتی روی دیواره پایین اتاقک مربعی حاصل از روش لارسن با روش جهت­های مجزا    38

شکل 4-2. مقایسه توزیع شار حرارتی روی دیواره چپاتاقک مربعی حاصل از روش لارسن با روش جهت­های مجزا    38

شکل 4-3. مقایسه توزیع شارحرارتی روی دیواره بالا اتاقک مربعی حاصل از روش لارسن با روش جهت­های مجزا     39

شکل 4-4. مقایسه توزیع شارحرارتی روی دیواره راست اتاقک مربعی حاصل ازروش لارسن باروش جهت­های مجزا     39

شکل 4-5. محفظه تابشی مربعی با وجود منبع حرارتی40

شکل 4‑6. نمودار تغییرات ضریب صدور، ، نسبت به طول موج41

شکل 4-7. نمودار تغییرات ضریب صدور سیلیکون نیمه­رسانا نسبت به طول موج

در دمای اتاق41

شکل4‑8. توزیع چشمه حرارتی محاسبه شده با توجه به شار حرارتی مطلوب سطح طراحی منتج از حل مستقیم44

شکل4-9. نمودار توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی. و  47

شکل 4-10. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 48

شکل 4-11. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 49

شکل 4-12. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 49

شکل 4-13. توزیع توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی. و                      50

شکل 4-14. توزیع توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی. و               51

شکل 4-15. توزیع توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی. و               51

شکل 4-16. نمودار توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی.  و 50

شکل 4-17. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 51

شکل 4-18. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و  51

شکل 4-19. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و   52

شکل 4-20. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و    55

شکل 4-21. توزیع توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و        56

شکل 4-22. توزیع توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و           56

شکل 4-23. مقایسه توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی در حالت خاکستری وغیرخاکستری   57

شکل 4-24. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده. و . سطح طراحی خاکستری و                                                                                                    58

شکل 4-25. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده. و . سطح طراحی غیر خاکستری و توزیع ضریب صدور نسبت به طول موج مطابق شکل 4-6                                   58

شکل 4-26. توزیع توان صدور بی­بعد.  و . سطح طراحی خاکستری و                                                                                                                      59

شکل 4-27. توزیع توان صدور بی­بعد.  و . سطح طراحی غیر خاکستری و توزیع ضریب صدور نسبت بهطول موج مطابق شکل 4-6                                                     59

شکل4-28. نمودار توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی. 61

شکل4‑29. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 62

شکل4‑30. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 62

شکل4‑31. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 63

شکل 4-32. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و      64

شکل 4-33. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و                          65

شکل 4-34. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و    65

شکل4-35. نمودار توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی. 66

شکل4‑36. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 67

شکل4‑37. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و 67

شکل4‑38. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده روی کل محیط محفظه تابشی.  و   68

شکل 4-39. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و                          69

شکل 4-40. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و                          69

شکل 4-41. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و                             70

شکل4-42. مقایسه توزیع درصد خطای نسبی شار حرارتی روی سطح طراحی در حالت خاکستری وغیرخاکستری71

شکل 4-43. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده.  و . سطح طراحی خاکستری و                                                                                                        72

شکل 4-44. توزیع چشمه حرارتی بی­بعد تولید شده.  و . سطح طراحی غیر خاکستری و توزیع ضریب صدور نسبت به طول موج مطابق شکل 4-7                                   72

شکل 4-45. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و . سطح طراحی خاکستری و                                                                                                        73

شکل 4-46. توزیع توان صدور بی­بعد در محفظه تابشی.  و . سطح طراحی غیر خاکستری و توزیع ضریب صدور نسبت به طول موج مطابق شکل 4-7                                   73

 

فهرست جداول

 

عنوان شکل                                                                                                صفحه

 

جدول 2-1. جهت­های مجزا برای تقریب                                                                         16

جدول 4-1.ضریب صدور در هر بازه، ، و مقدار  متناظر با آن برای سیلیکون

 نیمه رسانا                                                                                                                            42

جدول 4-2. نتایج حاصل از معادله انرژی تحت تاثیر منبع حرارتی یکنواخت10000    43

جدول 4-3. خطای میانگین مربع ریشه­ها برای شار حرارتی روی سطح طراحی برای

 ضریب صدور متفاوت                                                                                                         47

جدول 4-4. خطای میانگین مربع ریشه­ها برای شار حرارتی روی سطح طراحی برای

عمق اپتیکی متفاوت53

جدول 4-5. خطای میانگین مربع ریشه­ها برای شار حرارتی روی سطح طراحی برای

 ضریب صدور متفاوت                            61

جدول 4-6. خطای میانگین مربع ریشه­ها برای شار حرارتی روی سطح طراحی جدول

 برای عمق اپتیکی متفاوت                              66

 

 

فهرست علائم

 

علامت                                                           نشانه

        ضریب جذب محیط،

ثابت استفان-بولتزمن=

 ضریب پراکندگی در محیط

  مجموع ضریب جذب و پراکندگی در محیط

تابع فاز انتقال حرارت

 شدت انرژی تابشی

 شدت انرژی تابشی در حالت سیاه

   ضریب صدور سطوح

بردار مکان

وزن­های مربوط به روش جهت­های مجزا

جهت­های مجزا

شار حرارتی،

  تابش حرارتی ورودی

   تابش ساطع شده از سطح

                                                                   ضریب جذب سطح

  تابش ورودی به سطح

 تانسور واحد

 کسینوس هادی­های جهات

تابع سورس

    تولید حرارت چشمه

   سطح حجم کنترل

    حجم کنترل

   تعداد کل جهت­های مجزا

                                                                  تعداد کل باندهای طیفی

    انرژی ساطع شده در حالت سیاه

نسبت انرژی ساطع شده در یک باند طول موج

 روی دیواره­ها

نسبت انرژی ساطع شده در یک باند طول موج

داخل میدان

تابع هدف

    اندازه گام

    جهت کاهش در حل معکوس

ضریب مزدوج

 ماتریس حساسیت

                       تعداد نقاط مورد ارزیابی روی سطح طراحی

                 تعداد نقاط مورد ارزیابی در چشمه حرارتی

  حجم چشمه حرارتی

   توان صدور مرجع

خطای نسبی شار حرارتی بر سطح طراحی

     خطای میانگین مربع ریشه­ها برای شار

حرارتی روی سطح طراحی

  عمق اپتیکی محیط

زیرنویس­ها

 

علامت                                                           نشانه

    وابسته به طول موج

    جهت­های مجزا

                                                                  روی دیواره

    شمالی

   جنوبی

   شرقی

       غربی

    باندهای طیفی

      مقدار مطلوب

     مقدار محاسبه شده

   مقادیر مربوط به هر المان

   سطح پخشی- خاکستری