基于有限元_边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射模型

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大气辐射传输模型

[转载]大气辐射传输模型 已有 968 次阅读2010-11-6 14:31|个人分类:未分类|系统分类:科普集锦|关键词:辐射传输 转自https://www.360docs.net/doc/e516305426.html,/s/blog_4b700c4c0100jgl7.html 相对辐射校正和绝对辐射校正 基于物理模型的绝对辐射校是利用一系列参数(例如,卫星过境时的地物反射率,大气的能见度,太阳天顶角和卫星传感器的标定参数等)将遥感图像进行校正的方法。仪器引起的误差畸变一般在数据生产过程中由生产单位根据传感器参数进行了校正。对于用户来所,绝对辐射校正的方法主要是辐射传输模型法,该方法校正精度较高,它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气校正的方法。由于有不同的不同的假设条件和适用的范围,因此产生很多可选择的大气较正模型,例如 6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN模型、ATCOR模型等。 基于统计模型的相对辐射校正,主要包括不变目标法、黑暗像元法与直方图匹配法等等。不变目标法假定图像上存在具有较稳定反射辐射特性的像元,并且可确定这些像元的地理意义,那么就称这些像元为不变目标,这些不变目标在不同时相的遥感图像上的反射率将存在一种线性关系。当确定了不变目标以及它们在不同时相遥感图像中反射率的这种线性关系,就可以对遥感图像进行大气校正。黑暗像元法的基本原理就是在假定待校正的遥感图像上存在黑暗像元区域、地表朗伯面反射、大气性质均一,忽略大气多次散射辐照作用和邻近像元漫反射作用的前提下,反射率很小的黑暗像元由于大气的影响,而使得这些像元的反射率相对增加,可以认为这部分增加的反射率是由于大气程辐射的影响产生的。利用黑暗像元值计算出程辐射,并代入适当的大气校正模型,获得相应的参数后,通过计算就得到了地物真实的反射率。直方图匹配法是指如果确定某个没有受到大气影响的区域和受到大气影响的区域的反射率是相同的,并且可以确定出不受影响的区域,就可以利用它的直方图对受影响地区的直方图进行匹配处理。此外,还有很多基于统计模型的方法,如有人提出利用小波变换的遥感图像相对辐射校正方法。该方法对源图像小波变换域的低频成分实施辐射变换,并保持高频成分不变,重构的图像具有保持高频信息的特性,因而能够较好地保留原图像中由于地物变化引起的辐射差异;也有人利用主成分分析法把遥感图像中有用的信息和大气影响噪音区分开来。 大气辐射传输模型6S 1986年,法国Université des Sciences et Technologies de Lille(里尔科技大学)大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程,开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S(SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM),用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。1997年,Eric Vemote对5S进行了改进,发展到6S(SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM),6S吸收了最新的散射计算方法,使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。 这种模式是在假定无云大气的情况下,考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。6S是对5S的改进,光谱积分的步长从5nm 改进到2.5nm,同5S 相比,它可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应,增加了两种吸收气体的计

基于有限元和边界元的噪声分析

half 重登录 隐身 控制面板 搜索 状态 展区 振动博客 论坛服务 退出 振动论坛 → 专题讨论区→ 噪声分析及控制→声学基础理论→[转帖]基于有限元和边界元的噪声 分析 复制本页地址 粘贴我的收件箱 (0) 您 是本帖的第42个阅读者 标题:[转帖]基于有限元和边界元的噪声 分析树形 打印 收藏 推荐 提交网摘 等级:本科生 威望:18 现金:308 经验:1107 魅力:627 文章:109 注册: 2005-07-24 活跃度: 活跃等级:①年迈乌龟 在线等级: van321 ▼楼主 物体受到激励后,必将会产生振动,由物体的振动而引起与之相接触的流体的振动(如空气),从而在流体中产生噪声。对流体的噪声分析可以在频率域内或者时间域内进行,可以采用流体与结构耦合的形式进行分析,也可以只采用流体的形式进行计算分析,可以计算内声场也可以计算外声场,例如对于汽车而言,可以计算内声场,也可以计算外声场。在低频范围内采用边界元或者有限元的方法,在高频内采用统计能量的方法,计算结果包括声场中任意一点处的声学响应,如声压、声强、声功率,还可以是某点处的响应函数,如声压函数、模态贡献量函数,还可以进行一些特殊的分析,如声学传递矢量分析、面板贡 献量分析和灵敏*分析,以及高频域内的统计 能量分析。 如图所示是某轿车的排气系统的有限元声学模型,图所示是该排气系统中消声器的声学 模型。 [转帖]基于有限元和边界元的噪声分析

排气系统的声学模型

消声器的声学模型 ?声学模态分析 声学模态类似于结构模态,声波在流体团中传播时,会引发流体的振荡,流体的振荡也是有一定的固有频率和振动样式(振型),通过声学模态计算可以计算出流体的声学共振频率,防止流体和流体周围的结构产生共振而引发共鸣。 图所示是排气系统的声学模态云纹图。

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Flue nt辐射传热模型理论以及相关设置 目录 1概述..................................... 2基础理论................................... 2.1专业术语解释: ........................... 2.2FLUENT畐射模型介绍:......................... 2.3辐射模型适用范围总结 ........................ 3Flue nt实际案例操作............................ 3.1Casel-测试external emissivity 使用DC模型计算-2D 模型....... 3.2Case2-测试in ter nal emissivity- ........................... 使用DO模型计算-2D 模型 3.3仿真结论 ..............................

1概述 在传热的仿真中,有时候会不可避免的涉及到辐射传热,而我们对Fluent 中辐射模型的了解甚少,很难得到可靠的计算结果。因此,一直以来,Fluent 中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点,本专题重点来学习辐射模型的理论,让我们对辐射计算模型有一个深入的了解,以帮助我们攻克这个仿真难点。 2基础理论 2.1 专业术语解释: 在Fluent 中开启辐射模型时,流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。 在Fluent help 中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。 对这些专业参数以及术语,我们来一一解释: 1、Optical thickness (光学深度,无量纲量):介质层不透明性的量度。即介质吸收辐射的能力的量度,等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层的入射辐射强度为I ,透射的辐射强度为e,则T = l/e,其中T为光学深度。按照此定义,那介质完全透明,对辐射不吸收、也不散射,透射的辐射强度e= 入射辐射强度I,即光学深度为T=1,介质不参与辐射。一摘自百度百 科 而FLUENT中T=a L,其中L为介质的特征长度,a为辐射削弱系数(可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数)。如果T=0,说明介质不参与辐射,和百度百科中的定义有出入。但是所表达的意思是接近的,一个是前后辐射量的比值;一个是变化量和入射辐射量的比值(根据Fluent help 里的解释,经过介质的辐射损失量=I*T,个人理解,按照此定义,T不可能大于1啊,矛盾。// Theory Guide :: 0 // 5. Heat Transfer // 5.3. Modeling Radiation // 5.3.2. Radiative Transfer Equation )。该问题的解释为:

有限元边界条件和载荷

X边界条件和载荷 10.1边界条件 施加的力和/或者约束叫做边界条件。在HyperMesh中,边界条件存放在叫做load collectors的载荷集中。Load collectors可以通过在模型浏览器中点击右键来创建(Create > Load Collector)。 经常(尤其是刚开始)需要一个load collector来存放约束(也叫做spc-单点约束),另外一个用来存放力或者压力。记住,你可以把任何约束(比如节点约束自由度1和自由度123)放在一个load collector中。这个规则同样适用于力和压力,它们可以放在同一个load collector中而不管方向和大小。 下面是将力施加到结构的一些基本规则。 1.集中载荷(作用在一个点或节点上) 将力施加到单个节点上往往会出现不如人意的结果,特别是在查看此区域的应力时。通常集中载荷(比如施加到节点的点力)容易产生高的应力梯度。即使高应力是正确的(比如力施加在无限小的区域),你应该检查下这种载荷是不是合乎常理?换句话说,模型中的载荷代表了哪种真实加载的情形? 因此,力常常使用分布载荷施加,也就是说线载荷,面载荷更贴近于真实情况。 2.在线或边上的力 上图中,平板受到10N的力。力被平均分配到边的11个节点上。注意角上的力只作用在半个单元的边上。

上图是位移的云图。注意位于板的角上的红色“热点”。局部最大位移是由边界效应引起的(例如角上的力只作用在半个单元的边上),我们应该在板的边线上添加均匀载荷。 上述例子中,平板依然承受10N的力。但这次角上节点的受力减少为其他节点受力的一半大小。 上图显示了由plate_distributed.hm文件计算得到的平板位移的云图分布。位移分布更加均匀。 3.牵引力(或斜压力) 牵引力是作用在一块区域上任意方向而不仅仅是垂直于此区域的力。垂直于此区域的力称为压力。

遥感辐射传输模型

遥感辐射传输模型 姓名:张超 学院:地球科学与环境工程学院 专业:遥感科学与技术 班级:遥感一班 提交时间:2015年5月10日 大气订正是遥感技术的重要组成部分,主要包括大气参数估计和地表反射率反演两个方面。如果获得了大气特性参数,进行大气订正就变得相对容易,但是

获得准确的大气特性参数通常比较困难。通常有两类方法用辐射传输方程计算大气订正函数:一种是直接的方法,对于大气透过率函数和反射率函数,通过对模型的积分来得到;另一种是间接的方法,他不是直接计算所需要的大气订正函数,而是通过辐射传输模型输出的表观反射率,结合模型输入的参数来求解。大气订正方法有很多,比如:基于图像特征的相对订正法、基于地面线形回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。它是利用电磁波在大气中的 辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气订正的方法。 其中,大气辐射传输模型(Atmospheric Radiative Transfer Model)法是较常用的大气订正方法,它用于模拟大气与地表信息之间耦合作用的结果,其过程可以描述为地表光谱信息与大气耦合以后,在遥感器上所获得的信息,其中考虑了光子与大气相互作用机理,物理意义明确,具有很高的反演精度。 大气辐射传输原理 电磁辐射在介质中传输时,通常因其与物质的相互作用而减弱。辐射强度的减弱主要是由物质对辐射的吸收和物质散射所造成的,有时也会因相同波长上物质的发射以及多次散射而增强,多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。当电磁辐射为太阳辐射,而且忽略多次散射产生的漫射辐射时,光谱辐射强度的变化规律可以表述为[1] (1)式中,IΛ是辐射强度, s是辐射通过物质的厚度,ρ是物质密度,KΛ表示对波长λ辐射的质量消光截面。令在s=0 处的入射强度为Iλ(0),则在经过一定距离s1后,其出射强度可由式(1)积分得到 (2)假定介质是均匀的,则kλ与距离s无关,因此定义路径长度 (3)则式(2)可表示为 (4)上式就是比尔定律,也称朗伯定律。它指出,通过均匀消光介质传输的辐射强度按简单的指数函数减 弱,该指数函数的自变量是质量消光截面和路径长度的乘积。它不仅适用于强度

边界元与有限元

边界元与有限元 边界元法boundary element method 定义:将力学中的微分方程的定解问题化为边界积分方程的定解问题,再通过边界的离散化与待定函数的分片插值求解的数值方法。 所属学科:水利科技(一级学科) ;工程力学、工程结构、建筑材料(二级学科) ;工程力学(水利)(三级学科) 边界元法(boundary element method)是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法,与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同,边界元法是只在定义域的边界上划分单元,用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元法与有限元相比,具有单元个数少,数据准备简单等优点.但用边界元法解非线性问题时,遇到同非线性项相对应的区域积分,这种积分在奇异点附近有强烈的奇异性,使求解遇到困难。 简介 边界元法是在有限元法之后发展起来的一种较精确有效的工程数值分析方法。又称边界积分方程-边界元法。它以定义在边界上的边界积分方程为控制方程,通过对边界分元插值离散,化为代数方程组求解。它与基于偏微分方程的区域解法相比,由于降低了问题的维数,而显著降低了自由度数,边界的离散也比区域的离散方便得多,可用较简单的单元准确地模拟边界形状,最终得到阶数较低的线性代数方程组。又由于它利用微分算子的解析的基本解作为边界积分方程的核函数,而具有解析与数值相结合的特点,通常具有较高的精度。特别是对于边界变量变化梯度较大的问题,如应力集中问题,或边界变量出现奇异性的裂纹问题,边界元法被公认为比有限元法更加精确高效。由于边界元法所利用的微分算子基本解能自动满足无限远处的条件,因而边界元法特别便于处理无限域以及半无限域问题。边界元法的主要缺点是它的应用范围以存在相应微分算子的基本解为前提,对于非均匀介质等问题难以应用,故其适用范围远不如有限元法广泛,

内燃机零部件有限元计算中边界条件处理的研究

内燃机零部件有限元计算中边界条件处理的研究 * 孙 军 汪景峰 桂长林 (合肥工业大学机械与汽车工程学院 合肥 230009) 摘 要:有限元方法已经成为内燃机零部件应力和变形计算的主要手段,但是目前在内燃机零部件有限元分析中采用的边界条件是否合理,有无必要采用更符合实际的边界条件?本文以曲轴为例,模拟实际 状况,采用不同的边界条件进行了有限元计算。计算结果表明,边界条件处理对曲轴有限元分析结果影响很大。因此,为了提高内燃机零部件有限元计算结果的精度,非常有必要根据实际情况确定边界条件。 关键词:边界条件 有限元 内燃机中图分类号:TK412.4 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2005)03-0006-03 Study on Boundary Condition in Finite Ele ment Calculation for Parts of Internal Co mbustion Engi ne Sun Jun ,W ang Jingfeng ,Gui Changlin H efeiUn i v ersity of Techno l o gy (H efei 230009) Abst ract :The fi n ite ele m ent m et h od has beco m e the m a i n m eans to calcu late t h e stress and de f o r m ation o f parts for inter na l co m bustion engine .Bu,t whether the boundary conditi o ns used i n FE ana l y sis on parts o f i n -ter nal co m busti o n eng ine are reasonable ?Is it necessary to use the boundary condition ,wh ich ism ore adapta -b le to the facts ?As an exa m p le ,the crankshaft is ca lculated by FE usi n g d ifferent boundary conditi o ns that si m ulate factual conditi o ns .The resu lts sho w t h at the boundary conditi o ns have i m portant effects on the results of FE analysis o f crankshaf.t Therefo re ,it is necessary to choose boundary cond itions acco r d i n g to factua l con -d iti o n i n o r der to i m prove the prec isi o n of calcu l a ti n g resu lts for parts o f i n ternal co m bustion eng i n e .K eyw ords :Boundary conditi o n ,F i n ite ele m en,t I C eng i n e 前言 随着有限元计算技术的进步,有限元方法目前已 经成为内燃机零部件应力和变形计算的主要手段。内燃机零部件的有限元分析,类似于其他问题的有限元分析,边界条件的处理是否合理直接影响计算结果的精确性。本文以曲轴为例,分析目前采用的边界条件是否合理,有无必要采用更符合实际的边界条件。 目前在曲轴有限元计算中,载荷边界条件的处理(重点是作用在轴颈表面的力处理)基本采用的是定 型模式,其假设作用在轴颈上的载荷(其与曲轴轴承油膜压力对应)为分布载荷,沿轴线方向均布或呈抛物线分布,沿圆周方向呈余弦分布 [1~4] 。这种处理方 法简单易行,但其属于较理想的状况,因为实际曲轴轴承的油膜压力分布规律复杂,且随时间变化。沿轴向抛物线型的油膜压力分布规律仅适合于无限短且轴颈轴线与轴承孔中心线平行的滑动轴承,实际的曲轴轴承为有限长轴承,且由于受到诸多因素的影响,如载荷作用下轴的变形、轴承的制造与装配误差和轴的热变形 * 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50175023) 作者简介:孙军(1960-),男,硕士,研究方向,内燃机现代设计理论与方法。 第34卷 第3期2005年6月小型内燃机与摩托车 S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLE Vo.l 34No .3 June .2005

有限元法与有限差分法的主要区别

有限元法与有限差分法的主要区别 有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法,至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格,用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法,把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散,从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法,数学概念直观,表达简单,是发展较早且比较成熟的数值方法。对于有限差分格式,从格式的精度来划分,有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑,可分为中心格式和逆风格式。考虑时间因子的影响,差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式,主要是上述几种形式的组合,不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格,网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。构造差分的方法有多种形式,目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式:一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等,其中前两种格式为一阶计算精度,后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合,可以组合成不同的差分计算格式。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法,其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元,在每个单元内,选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式,借助于变分原理或加权余量法,将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式,便构成不同的有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学,后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中,把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元,在每个单元内选择基函数,用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解,整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。在河道数值模拟中,常见的有限元计算方法是由变分法和加权余量法发展而来的里兹法和伽辽金法、最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同,有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说,有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法,从计算单元网格的形状来划分,有三角形网格、四边形网格和多边形网格,从插值函数的精度来划分,又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数,伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数;最小二乘法是令权函数等于余量本身,而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小;在配置法中,先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程,即在配置点上令方程余量为0。插值函数一般由不同次幂的多项式组成,但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示,但最常用的多项式插值函数。有限元插值函数分为两大类,一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值,称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值;另一种不仅要求插值多项式本身,还要求它的导数值在插值点取已知值,称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标,有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系,它的定义取决于单元的几何形状,一维看作长度比,二维看作面积比,三维看作体积比。在二维有限元中,三角形单元应用的最早,近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元,常采用的插值函数为有La grange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。对于有限元方法,其基本思路和解题步骤可归纳为(1)建立积分方程,根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理,建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式,这是有限元法的出发点。(2)区域单元剖分,根据求解区域的形状及实际问题的物理特点,将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作,这部分工作量比较大,除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外,还要表示节点的位置坐标,同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。(3)确定单元基函数,根据单元中节点数目及对近似解精度的要求,选择满足一定插

IDESA有限元分析_第6篇第26章 基于几何施加边界条件

第26章MasterFEM 教程:定义边界条件 前面的教程简单介绍了仿真分析的流程。本篇将介绍更多高级定义边界条件的内容(载荷和约束)。 用户将学会: ?创建约束和约束集。 ?创建载荷和载荷集。 ?创建边界条件集。 ?解算定义以上边界条件的模型。 ?创建均布载荷。 ?解算定义以上边界条件的模型。 ?比较不同工况下的结果。 开始前必备知识: 熟悉MasterFEM界面和创建零件。 熟悉在模型文件中管理零件。 熟悉拉伸特征和旋转特征的布尔运算。 熟悉仿真分析流程。 熟悉自由网格划分。 设置1/3 如果还没有运行一个新的模型文件,创建一个新文件并命名。 ·1·

·2· File Open 打开模型文件菜单 确信用户是在以下工作状态和任务当中 : 设置工作单位为毫米(mm) Options Units 设置2/3 工作内容:按照以下尺寸草绘封闭形状的图形。 提示 : 为什么:这个零件代表了典型机构连杆的应力集中部位。

工作内容: 命名零件 提示: 命名菜单 设置3/3 工作内容:创建一个和零件关联的有限元模型(FEM1)。 提示 保存模型文件。 File Save 警告! 如果软件提示用户保存模型文件,用户应选择:No 记住:只有教程中提示保存模型文件,而不是软件提示保存的时候,用户才可以执行保存文件操作。 为什么: 在上一次保存以后的错误操作不能撤销恢复,用户可以选择重新打开文件,恢复到上一次保存时的状态。 提示: ·3·

重新打开模型文件的快捷键:按Control-Z。 创建约束和约束集1/3 工作内容:全约束以下高亮表面。 怎样做: 表面上定义约束的菜单 OK 创建约束和约束集2/3 注意事项: 会产生约束符号。 在几何边缘、表面、顶点的约束用不同的颜色和符号表示。 ·4·

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置 目录 1概述 (2) 2基础理论 (2) 2.1专业术语解释: (2) 2.2FLUENT辐射模型介绍: (3) 2.3辐射模型适用范围总结 (4) 3Fluent实际案例操作 (5) 3.1Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型 (5) 3.2Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型 (6) 3.3仿真结论 (10)

1概述 在传热的仿真中,有时候会不可避免的涉及到辐射传热,而我们对Fluent中辐射模型的了解甚少,很难得到可靠的计算结果。因此,一直以来,Fluent中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点,本专题重点来学习辐射模型的理论,让我们对辐射计算模型有一个深入的了解,以帮助我们攻克这个仿真难点。2基础理论 2.1专业术语解释: 在Fluent中开启辐射模型时,流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。 在Fluent help中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。 对这些专业参数以及术语,我们来一一解释: 1、Optical thickness(光学深度,无量纲量):介质层不透明性的量度。即介质吸收辐射的能力的量度,等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层的入射辐射强度为I ,透射的辐射强度为e,则T = I/e,其中T为光学深度。按照此定义,那介质完全透明,对辐射不吸收、也不散射,透射的辐射强度e=入射辐射强度I,即光学深度为T=1,介质不参与辐射。—摘自百度百科而FLUENT中T=αL,其中L为介质的特征长度,α为辐射削弱系数(可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数)。如果T=0,说明介质不参与辐射,和百度百科中的定义有出入。但是所表达的意思是接近的,一个是前后辐射量的比值;一个是变化量和入射辐射量的比值(根据Fluent help里的解释,经过介质的辐射损失量=I*T,个人理解,按照此定义,T不可能大于1啊,矛盾。// Theory Guide :: 0 // 5. Heat Transfer // 5.3. Modeling Radiation // 5.3.2. Radiative Transfer Equation)。该问题的解释为:其实一点也不矛盾,如果Optical thickness =1,就说明辐射在经过一定特征长度L的介质后被完全吸收。如果>1,就说明辐射根本穿透不了特征长度L的介质,而被早早吸收完了。打个比方,Optical thickness=10,说明辐射在经过L/10距离后已经被吸收(或散射)完。 其中α=αA+αS; 2、Absorption Coefficient(αA吸收系数,单位1/m,见图2-1):因为介质吸收而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时,一般不吸收热辐射,该系数可近视设为0。而当气体中水蒸气和CO2含量较高时,那对辐射的系数就不能忽略了。 3、Scattering Coefficient(αS散射系数,单位1/m):因为介质散射而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时,一般情况下,该系数可近视设为0。对于含颗粒物的流体,散射作用不容忽视。

大气辐射传输模型6S简介

大气辐射传输模型6S简介 1986年,法国Université des Sciences et Technologies de Lille(里尔科技大学)大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程,开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S(SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM),用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。1997年,Eric Vemote对5S进行了改进,发展到6S(SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM),6S吸收了最新的散射计算方法,使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。 这种模式是在假定无云大气的情况下,考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。6S是对5S的改进,光谱积分的步长从5nm改进到2.5nm,同5S相比,它可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应,增加了两种吸收气体的计算(CO、N2O)。采用SOS (successive order of scattering) 方法计算散射作用以提高精度。缺点是不能处理球形大气和limb (临边)观测。 它其中主要包括以下几个部分: (1)太阳、地物与传感器之间的几何关系:用太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角、观测方位角四个变量来描述; (2)大气模式:定义了大气的基本成分以及温湿度廓线,包括7种模式,还可以通过自定义的方式来输入由实测的探空数据,生成局地更为精确、实时的大气模式,此外,还可以改变水汽和臭氧含量的模式; (3)气溶胶模式:定义了全球主要的气溶胶参数,如气溶胶相函数、非对称因子和单次散射反照率等,6S中定义了7种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式; (4)传感器的光谱特性:定义了传感器的通道的光谱响应函数,6S中自带了大部分主要传感器的可见光近红外波段的通道相应光谱响应函数,如TM,MSS,POLDER和MODIS等; (5)地表反射率:定义了地表的反射率模型,包括均一地表与非均一地表两种情况,在均一地表中又考虑了有无方向性反射问题,在考虑方向性时用了9种不同模型)。 这5个部分便构成了辐射传输模型,考虑了大气顶的太阳辐射能量通过大气传递到地表,以及地表的反射辐射通过大气到达传感器的整个辐射传输过程。 6S的输入参数主要有9个部分组成:

有限元、边界元、无网格法的比较

首先,从五个方面进行有限元和无网格方法比较,分别是网格划分、形函数的产生、边界条件、系统离散方案、系统方程的求解: 1、网格划分 有限元方法:连续体被划分成由有限个称作单元的小网格组合而成的离散结构。单元划分是前处理过程中非常重要的部分, 通常占整个分析过程中大部分时间。由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同的形状,因此可以模拟几何形状复杂的求解域。 无网格方法:问题域由一系列任意分布的节点来代替, 不需要用单元或网格来进行场变量插值, 也无须描述节点之间的关系。节点的生成可完全由计算机自动完成, 这大大节省了分析人员的时间, 也相对较容易在分析过程中对节点进行重新划分。几何体边界是由节点替代(而非离散) , 如图1所示,两个节点之间的任意一点可由近似函数插值。 (a)有限元法中光滑曲线边界由三角形直线边代替(b)无网格法中光滑边界由节点替代 图1 网格-节点示意图 2、形函数的产生: 有限元法和无网格法都可从哈密尔顿原理推出, 它们之间最关键的区别是形函数的构造。有限元法:形函数是定义于单元的局部近似函数,因此函数的连续性、光滑性在网格的分界处必然受到限制,计算后还需要进一步的后处理。形函数可以直接插值得到,故相对较容易构造且相同类型的单元具有相同的形函数。 无网格方法:形函数是围绕每一个节点建立插值函数构成的,不同的点具有不同的形函数,形函数定义于全域,具有较好的连续性和光滑性,不需要后处理过程。 3、边界条件 有限元法:施加边界条件并不很困难, 通常在网格划分时使网格形式满足边界条件特点, 本质边界条件可直接加在节点上。 无网格方法:本质边界条件不仅依赖边界点,而且也与内部点有关,无网格法不能直接施加本质边界条件都是用离散的点来代替连续的边界值,这样会给本质边界条件的精确实现造成困难。,拉格朗日乘子法和罚函数法是两种基本的方法。

对有限元法 有限差分法 边界元法和模拟电荷法的粗略总结

对有限元法、有限差分法、边界元法和模拟电荷法的粗略总结: 有限元法(finite element method):将连续的求解域离散为一组单元的组合体,用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数,近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。缺点是有限元必须同时对所有域内节点和边界节点联立求解,待求未知数多,要求解的方程规模大,导致输入数据多,计算的准备工作量大。 有限差分法(finite difference method):直接从微分方程出发,将求解区域划分为网格,近似地用差分、差商代替微分、微商,于是无限度的问题化成有限自由度的问题。这种方法在解决规则边界的问题时极为方便,但是正是由于这种限制而增加了它的局限性,即对于非规则边界的问题适用性较差。 边界元法(boundary element method):边界元法是在有限元法之后发展起来的一种较精确有效的工程数值分析方法。它以定义在边界上的边界积分方程为控制方程,通过对边界分元插值离散,化为代数方程组求解。它与基于偏微分方程的区域解法相比,由于降低了问题的维数,而显著降低了自由度数,边界的离散也比区域的离散方便得多,可用较简单的单元准确地模拟边界形状,最终得到阶数较低的线性代数方程组。又由于它利用微分算子的解析的基本解作为边界积分方程的核函数,而具有解析与数值相结合的特点,通常具有较高的精度。特别是对于边界变量变化梯度较大的问题,如应力集中问题,或边界变量出现奇异性的裂纹问题,边界元法被公认为比有限元法更加精确高效。由于边界元法所利用的微分算子基本解能自动满足无限远处的条件,因而边界元法特别便于处理无限域以及半无限域问题。边界元法的主要缺点是它的应用范围以存在相应微分算子的基本解为前提,对于非均匀介质等问题难以应用,故其适用范围远不如有限元法广泛,而且通常由它建立的求解代数方程组的系数阵是非对称满阵,对解题规模产生较大限制。对一般的非线性问题,由于在方程中会出现域内积分项,从而部分抵消了边界元法只要离散边界的优点。 模拟电荷法(charge simulation method):在实际工程计算中,电极表面上连续分布的束缚电荷的分布情况是未知的,不能直接由给定的边界条件解出。如果在计算场域之外设置n个被称为模拟电荷的离散电荷来等效代替这些待求的连续电荷分布,则根据等值替代前后条件不变的前提条件,即可求得各模拟电荷的量值,从而使场域内任意一点的电位与场强便可由各模拟电荷所产生的场量叠加而获得,以此作为原场的逼近解。相比较于有限元法和有限差分法,模拟电荷法的优点是无需封边、使计算问题的维数降低一维、能直接求解出场域内的任意点的场强、计算精度高。

MODTRAN和HYDROLIGHT辐射传输模型的耦合研究

北京师范大学 硕士学位论文 论文题目:MODTRAN和HYDROLIGHT辐射 传输模型的耦合研究 作者:高永刚 导师:王锦地教授杜克平 系别、年级:地理学与遥感科学学院 2003级 学科、专业:地图学与地理信息系统 完成日期:2006年5月

北京师范大学研究生院 北京师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:日期:年月日 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京师范大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京师范大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。 学位论文全文电子版同意提交后:□一年□二年在校园网上发布,供校内师生浏览。 本人签名:日期: 导师签名:日期:

摘要 MODTRAN和HYDROLIGHT辐射传输模型的耦合研究 摘要 海洋环境问题越来越受到人们的关注,而用水色遥感的手段检测海洋环境成为海洋研究中的一个重要课题。随着人们对水色遥感研究的深入,水色遥感模型的应用也越来越多,然而水色遥感与大气息息相关,所以水色遥感离不开对大气辐射传输理论的应用。本论文通过对海洋、大气辐射传输模型的各个模块分析,用当前发展最完善的大气辐射传输模型之一MODTRAN和水体辐射传输模型 HYDORLIGHT构建了一个考虑从太阳入射到传感器接收信号的辐射传输过程的海洋遥感模型,同时加入了一个简单而真实的云模型。 耦合以后的模型用MODTRAN和单独的云处理模块代替了原来的经验半经验模型来计算水面辐亮度,特别是云模型提供了云的位置和亮度信息,所以对水面辐亮度分布的计算更加准确。从耦合模型的计算结果中发现,各波段水面反射辐亮度与入射辐照度的比值在所有的方向上都是一条很规则的曲线。由此,通过指数函数拟合这条曲线而提出了一种遥感反射率的计算方法。由于水面辐亮度分布的不同必然导致耦合前后的模型在水面上行辐亮度计算上的差别,而在大气校正绝对准确的假设下,水面上行辐射的差别会引起水体参数反演的不同。用MODIS标准叶绿素算法分析云对一类水体叶绿素反演的影响后发现离太阳越近(不遮蔽太阳)的云对叶绿素反演的影响越小,云量的大小与叶绿素反演误差大于10%的面积比成正相关关系。 关键词:MODTRAN,HYDROLIGHT,水色遥感,模型耦合,遥感反射率 1

大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)

在遥感的实际应用中,常用很多简化的手段,如假设地面为朗伯面,排除云的存在,采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等,一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型,主要分为两类, 1)采用大气的光学参数 2)直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型,而且还增加了多次散射计算 1. 5s模型 该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率,并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合,就像吸收粒子位于散射层的上面一样,则大气上层测 量的目标反射率可以表示为, 海平面处朗伯体的反射率 大气透过率 分子、气溶胶层的内在反射率 有太阳到地表再到传感器的大气透过率 S为大气的反射率 大气传输辐射校正模型-3 modtran 该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序,在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。

lowtran7是一个光谱分辨率20cm-1,的大气辐射传输实用软件,它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线,水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线,其他13种微量气体的垂直廓线,城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线,辐射参量(如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布),以及地外太阳光谱。 lowtran7可以根据用户的需要,设置水平、倾斜、及垂直路径,地对空、空对地等各种探测几何形式,适用对象广泛。lowtran7的基本算法包括透过率计算方法,多次散射处理和几何路径计算。 1)多次散射处理 lowtran 采用改进的累加法,自海平面开始向上直至大气的上界,全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献,逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。再用得到的通量计算散射源函数,用二流近似解求辐射传输方程。 2)透过率计算 该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时,采用参数化经验方法计算带平均透过率,在计算多次散射时,采用k-分布法 3)光线几何路径计算 考虑了地球曲率和大气折射效应,将大气看作球面分层,逐层考虑大气折射效应 由于lowtran直接使用大气物理参数,因而需要按照下列方法计算出与 lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页 4.modtran辐射传输模型 modtran可以计算0到50000cm-1的大气透过率和辐射亮度,它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm-1,在22680到50000cm-1紫外波(200-440nm)范围的精度是20cm-1,在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上,根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。

有限元边界元习题2010

有限元部分 1.什么是单元的协调性和完备性要求?为什么要满足这些要求?平面问题三角形单元如何满足这些要求?矩形4节点平面单元呢? 2.对于平面3节点三角形单元,如果在单元内假定位移模式为 22 12322456αααααα?=++?=++? u x xy y v x xy y 试讨论此时单元的形状函数矩阵、单元刚度矩阵以及这种单元的特征。 3.就平面梁单元而言,在刚体位移的状态下,讨论刚度矩阵的性质。 4.一般情况下,有限元方法总是过高计算了结构的刚度,因而求得的位移小于真实解,为什么?如果单元不满足协调性要求,情况如何?为什么? 5.证明:单元的常应力项或常应变项是保证收敛性的前提条件。 6.对于弹性结构,若给定的荷载列阵为{}P ,对应的位移列阵为{}d ,则势能泛函中的外力 功为{}{}T P d ,但静力加载过程中做的功为1 {}{}2T P d ,为什么? 7.证明:单元的刚度矩阵是半正定的。 8.证明面积坐标与直角坐标满足下列转换关系 =++??=++? i i j j k k i i j j k k x x L x L x L y y L y L y L 9.证明二维平行四边形单元的Jacobi 矩阵是常数矩阵。 10.为什么虚位移原理可适用于线性与非线性问题,而最小势能原理只适用于线弹性问题? 11.用最小势能原理推导单元刚度矩阵。 12.如图3个三角形单元,画出完整多项式各项的Pascal 三角形。 13.证明常应变三角形单元形函数N j 在j 、k 边界上的值与i 节点坐标无关。 14.证明常应变三角形单元发生刚体位移时,不会在单元内产生应力。 15.证明常应变四面体单元是完备协调元。 16.证明常应变四面体单元是等参元。 17.证明常应变三角形单元形函数满足1=∑i i N 。 18.导出矩阵[]ij H 、[]ij G ()=i j 中元素H 12和G 11的表达式。 19.推证格林公式。 20.试由,,()0λ+++=i ij j ii j G u Gu b ,写出其直角坐标表达式。 21.试由弹性力学平面应变问题的应力基本解,写出沿坐标原点y 方向有单位集中力作用时应力分量的直角坐标表达式。

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