TY - JOUR

T1 - Accelerated ray tracing for radiative heat transfer modeling: Using repetition of ray tracks

AU - Koptelov, R. P.

AU - Konashkova, A. M.

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Трассировка лучей используется в расчетах лучистого теплообмена в качестве метода учета экранирования излучения, а также для вычисления угловых коэффициентов излучения. Трассировка лучей на конечно-элементной сетке предполагает вычисление списка пройденных ячеек и пересеченных граней на пути луча. В стандартном методе трассировки лучей для определения следующей ячейки проверяется пересечение луча с каждой из возможных граней текущей ячейки, до которой дошел луч. Предложен метод ускоренной трассировки лучей, основанный на том, что каждый текущий луч проходит по близкой траектории к предыдущему лучу и должен в начале траектории пересекать те же грани и ячейки сетки, которые пересекает и предыдущий луч. Для каждого луча при определении следующей ячейки на его пути сначала проверяется пересечение с гранью, которую пересек предыдущий испущенный луч. Если пересечение найдено, то другие грани не проверяются. Если луч не пересекает выбранную грань сетки, проверяются оставшиеся грани в соответствии со стандартным методом. Предложенный метод протестирован для вычисления геометрических коэффициентов излучения на модели секционной печи с использованием шестигранной сетки. При тестировании применялись как детерминированный, так и случайный способы выбора направлений лучей. Использовалось различное количество лучей, испускаемых с каждой грани сетки, участвующей в теплообмене излучением (стенки печи, поверхности заготовок и ролика). Показана эффективность метода при детерминированном выборе направлений, которая увеличивается с ростом количества лучей. При проведении тестов использовалось от 221 тыс. до 88 млн лучей. Показано, что во многих случаях (от 19,6 до 71,4 %) достаточно проверить пересечение луча лишь с одной из пяти граней ячейки, и первая проверенная грань имеет пересечение с лучом. Предложенный метод не оказывает влияния на точность результатов и дает выигрыш в скорости до 30 %.

AB - Трассировка лучей используется в расчетах лучистого теплообмена в качестве метода учета экранирования излучения, а также для вычисления угловых коэффициентов излучения. Трассировка лучей на конечно-элементной сетке предполагает вычисление списка пройденных ячеек и пересеченных граней на пути луча. В стандартном методе трассировки лучей для определения следующей ячейки проверяется пересечение луча с каждой из возможных граней текущей ячейки, до которой дошел луч. Предложен метод ускоренной трассировки лучей, основанный на том, что каждый текущий луч проходит по близкой траектории к предыдущему лучу и должен в начале траектории пересекать те же грани и ячейки сетки, которые пересекает и предыдущий луч. Для каждого луча при определении следующей ячейки на его пути сначала проверяется пересечение с гранью, которую пересек предыдущий испущенный луч. Если пересечение найдено, то другие грани не проверяются. Если луч не пересекает выбранную грань сетки, проверяются оставшиеся грани в соответствии со стандартным методом. Предложенный метод протестирован для вычисления геометрических коэффициентов излучения на модели секционной печи с использованием шестигранной сетки. При тестировании применялись как детерминированный, так и случайный способы выбора направлений лучей. Использовалось различное количество лучей, испускаемых с каждой грани сетки, участвующей в теплообмене излучением (стенки печи, поверхности заготовок и ролика). Показана эффективность метода при детерминированном выборе направлений, которая увеличивается с ростом количества лучей. При проведении тестов использовалось от 221 тыс. до 88 млн лучей. Показано, что во многих случаях (от 19,6 до 71,4 %) достаточно проверить пересечение луча лишь с одной из пяти граней ячейки, и первая проверенная грань имеет пересечение с лучом. Предложенный метод не оказывает влияния на точность результатов и дает выигрыш в скорости до 30 %.

KW - Mesh

KW - Monte-Carlo method

KW - Radiative heat transfer

KW - Ray obstruction

KW - Ray tracing

KW - Sectional furnace

KW - View factors

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85026455905&partnerID=8YFLogxK

UR - http://elibrary.ru/item.asp?id=28163336

U2 - 10.17073/0368-0797-2017-1-13-18

DO - 10.17073/0368-0797-2017-1-13-18

M3 - Article

AN - SCOPUS:85026455905

VL - 60

SP - 13

EP - 18

JO - Известия высших учебных заведений. Черная металлургия

JF - Известия высших учебных заведений. Черная металлургия

SN - 0368-0797

IS - 1

ER -