Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

УСКОРЕННАЯ ТРАССИРОВКА ЛУЧЕЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ ТРАЕКТОРИЙ ЛУЧЕЙ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-1-13-18

Полный текст:

Аннотация

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 %.

Об авторах

Р. П. Коптелов
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

младший научный сотрудник кафедры автоматики,

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19



А. М. Конашкова
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

к.т.н., доцент кафедры философии,

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19



Список литературы

1. Маликов Г.К., Лисиенко В.Г., Коптелов Р.П. Методы трассировки лучей для определения угловых коэффициентов излучения в промышленных сложных геометриях // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 7. С. 53 – 59.

2. Emery A.F., Johansson O., Lobo M., Abrous A. A comparative study of methods for computing the diff use radiation view factors for complex structures // ASME journal of heat transfer. 1991. No. 113. P. 413 – 422.

3. Walton G.N. Calculation of obstructed view factors by adaptive integration. Washington: National institute of standards and technology – NISTIR 6925, 2002. – 20 p.

4. Modest M.F. Radiative heat transfer. – New York: Academic press, 2003. – 822 p.

5. Hottel H.C., Sarofi m A.F. Radiative Transfer. – New York: McGrawHill, 1967. – 410 p.

6. Mitalas G.P., Slephenson D.G. Fortran IV programs to calculate radiant interchange factors. NRC of Canada, Ottawa, DBR-25. 1966. – 30 p.

7. DiLaura D.L. New procedures for calculating diff use and nondiff use radiative exchange form factors. Proc. 33-rd. National heat transfer conf. Albuquerque. 1999. P. 99 – 107.

8. Cohen M.F., Greenberg D.P. Aradiosity solution for complex environments // ACM SIGGRAPH. 1985. No. 19(3). Р. 31 – 40.

9. Schroder P., Hanrahan P. A closed form expression for the form factor between two polygons. Department of computer science, Princeton university, technical report CS-404-93. 1993. – 12 p.

10. Naeimi H., Kowsary F. Simplex ray-object intersection algorithm as ray tracer for Monte Carlo simulations in radiative heat transfer analysis // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2011. Vol. 38. P. 99 – 107.

11. Graphics Gems II. Arvo J. ed. New York: Academic Press, 1991. – 473 p.

12. Wald I., Mark W.R., Gunther J. etс. State of the art in ray tracing animated scenes // Computer graphics forum. 2009. Vol. 28 No. 6. Р. 1691 – 1722.

13. Cosenza B. A survey on exploiting grids for ray tracing // Eurographics Italian Chapter Conference. 2008.

14. Marmitt G., Slusallek P. Fast ray traversal of tetrahedral and hexahedral meshes for direct volume rendering // Eurographics IEEE-VGTC Symposium on Rendering, 2006.

15. Favre J., Lohner R. Ray tracing with a space-fi lling fi nite element mesh // International journal for numerical methods in engineering. 1994. Vol. 37. P. 3571 – 3580.

16. Lagae A., Dutre P. Accelerating ray tracing using constrained tetrahedralizations // Eurographics Symposium on Rendering. 2008. Vol. 27. No. 4. P. 1303 – 1312.

17. Marmitt G., Slusallek P. Fast ray traversal of unstructured volume data using Plucker tests. Computer Graphics Lab, Saarland University. Technical report. 2005. – 8 p.

18. Mazumder S. Methods to accelerate ray tracing in the Monte Carlo method for surface-to-surface radiation transport // Trans. ASME. J. Heat Transfer. 2009. Vol. 128 No. 9. P. 945 – 952.

19. Badouel D. An effi cient ray-polygon intersection / Graphics Gems I. – New York: Academic Press, 1990. P. 390 – 393.

20. Haines E. Point in Polygon Strategies / Graphics Gems IV. – New York: Academic Press, 1995. P. 24 – 46.


Для цитирования:


Коптелов Р.П., Конашкова А.М. УСКОРЕННАЯ ТРАССИРОВКА ЛУЧЕЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ ТРАЕКТОРИЙ ЛУЧЕЙ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(1):13-18. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-1-13-18

For citation:


Koptelov R.P., Konashkova A.M. ACCELERATED RAY TRACING FOR RADIATIVE HEAT TRANSFER MODELING: USING REPETITION OF RAY TRACKS. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(1):13-18. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-1-13-18

Просмотров: 243


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)