Разработка алгоритмов трассировки лучей для расчета зонального теплообмена

Abstract

Целью работы является повышение точности и быстродействия методов трассировки лучей и учета наличия препятствий на пути излучения в системах со сложной геометрией. Выполнено сравнительное исследование методов трассировки лучей для расчета зонального теплообмена, а также разработаны программы, реализующие трассировку лучей известными методами. Показано, что стандартный метод трассировки сквозь неравномерную сетку, как наиболее удобную структуру данных для лучистого теплообмена, приводит к проблеме пропадания лучей. Разработан робастный метод трассировки лучей, решающий данную проблему и обладающий немного лучшим быстродействием. Разработан новый алгоритм пересечения прямой с выпуклым многогранником. Алгоритм дает решение проблемы пересечения при неизвестном списке граней многогранника, которая часто возникает в задачах САПР и геометрических вычислениях в реальном времени. Все описываемые алгоритмы реализованы в виде программ и готовы к использованию. Полученные результаты могут применяться в моделировании теплообмена, компьютерной графике, САПР и визуализации результатов расчета.

The aim of this work is increasing accuracy and performance of ray tracing and obstructions handling in systems of complex geometry. Known ray tracing methods are compared in context of radiative heat transfer. Methods of ray tracing and radiative view factors evaluation are implemented in computer programs. It is shown that the standard ray tracing with non uniform mesh (the most suitable geometrical structure for radiative heat transfer) fails with loss of some rays in geometry. Robust ray tracing algorithm is developed that solves the problem. The algorithm is also slightly faster than the standard one. New ray – convex polyhedron intersection algorithm is developed. It solves the intersection problem if polyhedron faces are unknown – usual case in CAD and real-time calculations. All described algorithms are implemented as computer programs and are ready to use. Obtained investigation results can be applied in modeling of radiative heat transfer, computer graphics, CAD and scientific visualization.