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蒙特卡罗光线追踪环境中的不确定性分析与实验设计

DOI:10.1115/1.4042365 期刊:Journal of Heat Transfer 出版年份:2019 更新时间:2025-09-23 15:22:29
摘要: 尽管蒙特卡罗光线追踪(MCRT)方法在现代辐射传热分析中占据主导地位,但现有文献对其计算结果的不确定性却出人意料地保持沉默。首先将辐射分布因子视为总体比例,随后采用标准统计程序估算其在给定置信水平下的平均不确定度——该不确定度是构成封闭空间的表面单元数量与每个表面单元追踪光线数量的函数。研究证明,这种先验统计不确定性与实际MCRT分析中获得的分布因子观测变异性具有良好的一致性。最后,本文提出了一种规范方法,可按既定置信水平估算预测传热结果的不确定度,该方法为确定获得目标精度所需的每个表面单元最小光线数量提供了依据。
作者: Mehran Yarahmadi,J. Robert Mahan,Kory J. Priestley
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研究概述 实验方案

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。

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。

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。

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