مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی معکوس محفظه‌های تابشی با توزیع چشمه داخلی و سطح طراحی پخشی-غیرخاکستری

نویسندگان
1 همکار
2 عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه شهید باهنر کرمان
چکیده
در این مقاله، طراحی معکوس با استفاده از یک روش بهینه سازی برای تعیین توزیع چشمه حرارتی نامعلوم در یک محفظه تابشی دوبعدی، به منظور تولید توان صدور و شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی پخشی-غیرخاکستری مورد مطالعه قرار می گیرد. محیط محفظه، جذب کننده-صادرکننده بوده و ضریب صدور سطح طراحی نسبت به طول موج متغیر فرض می شود. ضریب صدور در هر فاصله کوچک طول موج ثابت فرض می شود و مسئله مستقیم با استفاده از روش جهت های مجزا، روی هر فاصله طول موج حل می گردد. شار حرارتی کلی در هر المان سطح، از حاصل جمع شارهای حرارتی بر روی تمامی طول موج ها به دست می آید. از روش بهینه سازی گرادیان مزدوج، برای حل مسئله معکوس و کمینه کردن یک تابع هدف مناسب استفاده می شود. تابع هدف به صورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی مطلوب و شار حرارتی محاسبه شده بر روی سطح طراحی تعریف می گردد و ماتریس حساسیت با مشتق گیری از معادله انتقال تابش نسبت به متغیرهای مجهول محاسبه می شود. نتایج حاصل از حل برای دو مسئله نمونه در دو حالت سطح طراحی خاکستری و غیرخاکستری با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که توزیع چشمه حرارتی با توجه به شار حرارتی مطلوب تعیین شده بر روی سطح طراحی به خوبی و در بازه مناسبی از دقت بازیابی می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Inverse Design of Radiant Enclosures with Internal Source Distribution and Diffuse-nongray Design Surface

نویسندگان English

Shahrzad Mirzaie 1
Seyed Masoud Hoseini Sarvari 2
چکیده English

In this paper, inverse design to determine unknown heat source distribution in a radiant enclosure using an optimization method is investigated to produce desired emissive power and heat flux profiles on a diffuse-nongray design surface of a two-dimensional radiant enclosure. The medium of enclosure is emitting-absorbing, and the design surface's emissivity is assumed to be varied with respect to wavelength. Regarding diffuse-nongray design surface, the variation of emissivity with respect to the wavelength is approximated by considering a set of nongray bands with constant emissivity and then the radiative transfer equation is solved by the discrete ordinates method for each band. The total heat flux on each surface element of the design surface is approximated by a summation over the contribution of nongray bands. The conjugate gradient method is used to minimize an objective function, expressed by the sum of square residuals between estimated and desired heat fluxes over the design surface. The sensitivity problem is approximated by differentiation of the radiative transfer equation with respect to the unknown variables. The performance of the present method is evaluated by comparing the results with those obtained by considering a diffuse-gray design surface. The results show that the heat source distribution is well recovered over the heat flux specified design surface in an appropriate range of accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Inverse Design
Diffuse-nongray design surface
Emitting-absorbing medium
Discrete ordinates method