Simulace tepelného toku infračervených zářičů

Ing. Jan Loufek

Disertační práce

Heat flux simulation of infrared emitters

Anotace:

Obsahem této disertační práce je řešení problematiky simulace přenosu tepla. Práce je zaměřena především na úlohy přenosu tepla zářením. Předmětem práce je popsat fyzikální procesy, které při přenosu tepla zářením probíhají, pro dané procesy vhodně navrhnout a následně realizovat model. Dále jsou výsledky implementovaného modelu porovnány s reálně změřenými hodnotami s cílem prokázat, že zpracovaný popis přenosu tepla zářením dostatečně vhodně vystihuje chování reálného systému. Část disertační práce je věnována rešerši problematiky simulace přenosu tepelné energie zářením. Další část rešerše je zaměřena na numerické řešení a porovnání různých metod určování pohledových faktorů. Práce je zaměřena na návrh a realizaci modelu přenosu tepla zářením s cílem poskytovat charakteristiky tepelného toku na ozařované ploše za stanovených fyzikálních podmínek. Představovaný model se skládá ze tří základních prvků vyzařovací těleso, reflektor a ozařovaná plocha. Navrhovaný model je složen z elementů, které mají vlastnosti šedého tělesa. Výstupní charakteristiky představovaného modelu je možné využít k nahrazení fyzického měření charakteristik tepelného toku na ozařované ploše v různých výškách a s různým náklonem. Dalším možným využitím je návrh alternativního tvaru reflektoru pomocí optimalizace využívající simulace. Dále lze model využít k analýze chování ozařování různě zakřivených ploch, či vzájemné působení více zářičů ozařujících stejnou plochu.

Abstract:

The aim of this doctoral thesis is to handle problems of the heat transfer simulation in an appropriate way. The work is mainly focused on the issues of radiation heat transfer. This thesis is intended to clearly describe physical processes of radiation heat transfer. Furthermore, it is necessary to appropriately design the model. By using the implementation of the proposed model, it must be verified the simulated with real values, so that it has been proven that the developed radiation heat transfer model description best suited to the real behavior. Part of the thesis is dedicated to research problems of radiation heat transfer simulations. Another part of the research is focused on the numerical solutions and on various view factor methods comparison. The work is focused on the design and implementation of a radiation heat transfer model to provide characteristics of heat flux at the surface irradiated under given physical conditions. Presented model consists of three basic elements radiating body, reflector and an irradiated surface. The proposed model is composed of elements that have the properties of a gray body. The output characteristics of the presented model are possible to be used as replacement of a physical heat flux measurement on the irradiated surface at various heights and with different tilting. Another possible use is an alternative reflector shape design using optimization by simulation. Furthermore, the model can be used to analyze the behavior of radiation on various curved surfaces or interaction of multiple sources irradiating the same area.

Klíčová slova

Simulace, Záření, Tepelné pole, Infračervený zářič, Měkčená umělá kůže

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 8. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 1. 7. 2016
• Vedoucí: doc. Ing. Jiřina Královcová, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Doktorský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Technická kybernetika