حل مسائل انتقال حرارت تابشی معکوس در محیط های غیر خاکستری

در این پایان نامه، ابتدا برای رسیدن به حل مسائل معکوس در محیط های یک بعدی با گازهای غیر خاکستری به همراه ذرات جاذب غیر خاکستری، یک روش بهینه سازی جدید به منظور بازسازی معکوس توزیع دما بیان و تحلیل می گردد. به واسطه استفاده از داده های اندازه گیری جدید، الگوریتم های معمول قبلی از جمله الگوریتم لونبرگ-مارکوارت قادر به بازسازی نبوده و نشان داده می شود که جوابهای به دست آمده از این الگوریتم قابل اعتماد نمی باشند. الگوریتم ارائه شده، علاوه بر افزایش دقت، مشکل عدم پایداری الگوریتم های قبلی را حل نموده و کاملا“ قابل اعتماد می باشد. از روش جهت های مجزا اصلاح شده (mdom) برای حل مسئله در محیط های یک بعدی و مدل مجموع وزن دار گازهای خاکستری (slw) به منظور مدل کردن محیط غیر خاکستری استفاده شده است. نوآوری این پژوهش در حل مسئله معکوس در محیط های غیرخاکستری یک بعدی به صورت زیر خلاصه می گردد: 1- تاکنون شدت های تابش طیفی به طور رایج به عنوان داده های اندازه گیری شده به منظور بازسازی میدان دما در محیط های غیر خاکستری به وسیله روش های معکوس، استفاده شده اند. با این وجود، در بیشتر موارد، هیچ اطلاعاتی درباره بهترین باند طیفی برای اندازه گیری شدت های طیفی وجود ندارد. زیرا این توزیع دما است که روی شدت های تابش طیفی تاثیر گذاشته و آنها را حائز یا فاقد اهمیت می کند. در ضمن اندازه گیری های طیفی نیاز به وسایل طیفی دقیق و حساس دارد. از اینرو در این پایان نامه، از شدت تابش های کلی به جای داده های طیفی برای بازسازی معکوس توزیع دما استفاده می شود. 2- به دلیل استفاده از داده های جدید و ضخامت های اپتیکی بالا الگوریتم های متداول قادر به حل مسئله مطرح شده نمی باشد. از اینرو الگوریتم حل در این پایان نامه تصحیح شده است. 3- برای اولین بار در حل مسائل غیر خاکستری از روش mdom استفاده شده است. 4- اثر ذرات غیر خاکستری با گازهای غیر خاکستری در مسائل معکوس برای اولین بار در نظر گرفته می شود. 5- اثر سطوح غیر خاکستری در محیط های غیر خاکستری برای مسائل معکوس برای اولین بار در نظر گرفته می شود. در ادامه کار حاضر بازسازی و طراحی در محیط های غیر خاکستری دو بعدی برای اولین بار در این پایان نامه مورد مطالعه قرار می گیرد. به علت محدودیت های الگوریتم تصحیح شده لونبرگ-مارکوارت، از روش گرادیان مزدوج به عنوان روش بهینه سازی در مسائل دو بعدی استفاده شده است. مسئله طراحی در محیط های دو بعدی با اعمال چند مدل برای رفتار غیرخاکستری گازها ( مدل های wsgg وslw وgray ) با رائه مثالهایی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که مدل gray نسبت به مدل های دیگر، بویژه در محیط های ضخیم اپتیکی با گازهای غیرخاکستری، قابل اعتماد نمی باشد. در نهایت مسئله بازسازی دما اطراف یک شعله احتراقی مورد توجه قرار می گیرد. از مدل slw برای مدل کردن محیط غیر خاکستری در مسئله بازسازی دما در محفظه های دو بعدی کمک گرفته می شود. در مسائل بازسازی از شارهای حرارتی دیواره ها در جهت شارش شعله برای بازسازی دما استفاده می شود. با اینحال به واسطه در نظر گرفتن محیط پیچیده غیر خاکستری و دور بودن یکی از دیوارها از منطقه ایجاد شعله، شار حرارتی این دیواره کمکی به بازسازی نکرده و بنابراین بایستی شار حرارتی در منطقه ای داخل محیط اندازه گیری شود. با داشتن دما می توان شدت تابش و در نتیجه شار حرارتی را به دست آورد. از آنجایی که دمای نقاط دور از شعله پایین و قابل اندازه گیری است، این امر امکان پذیر بوده و انتظار بازسازی دما در مناطق نزدیک شعله با استفاده از این تکنیک ساده، مبتنی بر فیزیک مسئله می رفت. در نهایت اثر ضخامت اپتیکی و پارامترهای حجمی که بیشترین تاثیر را در رسیدن به یک حل بهینه و انتخاب و ایجاد یک الگوریتم مناسب ایفا می کند مورد بررسی قرار می گیرد. کلید واژه: محیط های غیر خاکستری –مسائل معکوس در انتقال حرارت تابشی-روش گرادیان مزدوج - روش تصحیح شده لونبرگ-مارکوارت