Моделирование влияния процессов рассеяния на силу излучения высокотемпературной струи методом Монте-Карло

Цель работы --- изучить влияние рассеяния в модели газовой струи на угловую зависимость силы излучения. В качестве основного метода расчета использован метод Монте-Карло. Наряду с методом Монте-Карло применено прямое численное решение уравнения переноса излучения в нерассеивающей среде, известное как метод дискретных направлений или Ray-Tracing Method. Полученные с использованием двух методов результаты сопоставлены при расчете нерассеивающей среды в целях верификации решения по схеме Монте-Карло. Выполнен расчет среды с возрастающим значением локального коэффициента рассеяния. Показано значительное влияние процессов рассеяния на перераспределение энергии излучения с поверхности объекта. Расчетный алгоритм реализован на архитектуре CUDA С. Использование аналитических моделей струй (например, по теории Абрамовича) и результатов расчетов в пакетах вычислительной газодинамики дает возможность рассчитывать значения силы излучения для широкого класса объектов

Литература

[1] Tesse L., Lamet J.-M. Radiative transfer modelling developed at Onera for numerical simulations of reactive flows. Aerospace Lab, 2011, iss. 2. URL: https://aerospacelab.onera.fr/Radiative-Transfer-Modeling-Developed%20

[2] Farmer J.T., Howell J.R. Comparison of Monte Carlo strategies for radiative transfer in participating media. Adv. Heat Transfer, 1998, vol. 31, pp. 333--429. DOI: https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70243-0

[3] Modest M.F. Radiative heat transfer. Academic Press, 2003.

[4] Tesse L., Dupoireux F., Zamuneret B., et al. Radiative transfer in real gases using reciprocal and forward Monte Carlo methods and a correlated-k approach. Int. J. Heat Mass Transf., 2002, vol. 45, iss. 13, pp. 2797--2814. DOI: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(02)00009-1

[5] Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.

[6] Binauld Q., Lamet J.-M., Tesse L., et al. Numerical simulations of radiation in high altitude solid propellant rocket plumes. Acta Astronaut., 2019, vol. 158, pp. 351--360. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.05.041

[7] Farbar E., Boyd I.D., Moghadam-Esmaily M. Monte Carlo modeling of radiative heat transfer in particle-laden flow. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., 2016, vol. 184, pp. 146--160. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2016.07.007

[8] Bonin J., Mundt C. Full three-dimensional Monte Carlo radiative transport for hypersonic entry vehicles. J. Spacecr. Rockets, 2019, vol. 56, iss. 1. DOI: https://doi.org/10.2514/1.A34179

[9] Scoggins J.B., Lani A., Riviere Ph., et al. 3D radiative heat transfer calculations using Monte Carlo ray tracing and the hybrid statistical narrow band model for hypersonic vehicles. 47th AIAA Thermophysics Conf., 2017. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2017-4536

[10] Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., et al. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., 2009, vol. 110, iss. 9-10, pp. 533--572. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2009.02.013

[11] Суржиков С.Т. Пространственная модель спектральной излучательной способности светорассеивающих струй продуктов сгорания. ТВТ, 2004, т. 42, № 5, с. 760--771.

[12] Wang W., Li S., Zhang Q., et al. Infrared radiation signature of exhaust plume from solid propellants of different energy characteristics. Chinese J. Aeronaut., vol. 26, iss. 3, pp. 594--600. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cja.2013.04.019

[13] Soufiani A., Taine J. High temperature gas radiative properties of statistical narrow-band model for H₂O, CO₂ and CO, and correlated-K model for H₂O and CO₂. Int. J. Heat Mass Transf., 1997, vol. 40, iss. 4, pp. 987--991. DOI: https://doi.org/10.1016/0017-9310(96)00129-9

[14] Lamet J., Riviere Ph., Perrin M., et al. Narrow-band model for nonequilibrium air plasma radiation. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., 2010, vol. 111, iss. 1, pp. 87--104. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2009.07.010

[15] Niu Q., He Z., Dong S. IR radiation characteristics of rocket exhaust plumes under varying motor operating conditions. Chinese J. Aeronaut., 2017, vol. 30, iss. 3, pp. 1101--1114. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cja.2017.04.003