半透明介质在工业中有广泛的应用,如:航空器和汽车发动机的陶瓷零件,涡轮发动机的陶瓷隔热防护层,空间光学系统,纤维的绝热,光学纤维和光学组件的制造,半透明塑料的点燃等,若忽略热辐射的影响则会给这些材料的热性能评估带来误差。本文采用射线踪迹、节点分析法结合谱带模型,针对多层不同光学特性、不同热物性组成的半透明复合介质层,考虑各向同性散射,研究了辐射、对流边界条件下三层及任意层介质内的辐射与导热瞬态耦合换热。复合层内各交界面均半透明,考虑各层介质间的相互直接热辐射,建立了适合4种表面辐射特性、3种界面反射模式的物理和数学模型。4种表面辐射特性包括:(1)两侧表面均半透明;(2)两侧表面均不透明;(3)左侧半透明、右侧不透明;(4)左侧不透明、右侧半透明。3种界面反射模式包括:(1)镜反射;(2)漫反射;(3)既含镜反射又含漫反射。主要研究内容包括以下几个方面。1.将射线踪迹法扩大到用于多层介质。通过引入单层及多层辐射强度和辐射能量份额传递函数的概念,并运用它们跟踪辐射强度和辐射能量在多层介质中的传递,给出了多层半透明介质的射线追迹方法。2.镜反射辐射传递系数的求解。采用了将非偏振的辐射入射分解成两个彼此相等、平行于入射面偏振和垂直于入射面偏振的分量,分别跟踪该两分量在介质层中的传递的方法。在求解辐射传递系数时提出了解决多层介质复杂全反射问题的方法:求发射单元所在介质层对其它介质层和环境的临界角、并根据临界角的大小排序,将半球空间划分成以排序后的临界角为标志的各小区间,结合Fresnel反射定律和Snell折射定律确定半透明交界面的反射率和全反射在每个小区间内积分,然后将各小区间内的积分结果累加。3.深入分析了镜、漫反射下,吸收系数、散射反照率、折射率、表面发射率、导热—辐射参数、辐射对流边界条件等对多层半透明复合层内耦合换热的