研究目的
为建立统计严谨的形式体系,以量化蒙特卡洛光线追踪法所得传热结果中的不确定性,重点关注分布因子、温度和表面发射率的不确定性。
研究成果
所开发的公式体系有效量化了基于蒙特卡罗射线追踪法(MCRT)的热传递结果中的不确定性,并对分布因子和净热通量的预测结果进行了验证。建议采用公式(26)添加误差范围,该方法通过确定达到预期精度所需的最少射线数来辅助实验设计。未来工作应着眼于将该方法推广至各类腔体类型,并拓展应用于更复杂的场景。
研究不足
本研究仅限于不含参与性介质的漫射灰体封闭腔。公式(5)和(26)中的近似可能不适用于所有几何形状,且该方法需要预先掌握温度分布范围和分布因子中值等尚未完全普适化的参数。虽然未涉及向双向光谱封闭腔或含参与性介质情况的扩展,但建议作为未来研究方向。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用统计推断原理,将辐射分布因子视为总体比例并应用二项分布近似法。通过蒙特卡洛光线追踪模拟进行数值实验以验证不确定性预测结果。
2:样本选择与数据来源:
采用两个算例——包含384个表面单元的立方体腔体和具有416个表面单元产品的烘箱,通过输入参数扰动的重复MCRT模拟生成数据。
3:实验设备与材料清单:
未提及具体物理设备;研究为计算性质,涉及MCRT模拟软件。材料包括具有指定发射率和温度的漫反射灰体表面。
4:实验流程与操作步骤:
每个算例开展50组数值实验,每组实验采用正态分布(公式28-29)扰动温度与发射率,并对每个表面单元追踪10^6条光线,计算分析分布因子与净热流的不确定性。
5:数据分析方法:
统计分析包含均值不确定性、相对误差和标准差计算,利用二项分布推导公式及置信区间(如公式5/12/26)进行不确定性预测与对比。研究中隐含但未具体说明MCRT与统计计算的软件工具。
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