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晶体加热炉三维温度场建模与可视化方法研究

作　者: 李伟
导　师: 李世其；朱文革
学　校: 华中科技大学
专　业: 工业工程
关键词: 晶体加热炉温度场数值建模三维可视化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要

空间站晶体生长实验中,晶体加热炉内温度场的分布对晶体生长有着直接的影响,关系到晶体生长的质量。为了实现材料科学实验过程中远程监控晶体加热炉中三维温度场的分布,以便于在实验过程中为遥操作决策提供参考依据,实时修正实验参数,提出了一种晶体加热炉三维温度场建模仿真及其可视化的方法。本文结合晶体加热炉自身的结构特点和加热原理,对晶体加热炉进行模型简化,并利用传热学原理,建立晶体加热炉的数学模型。针对模型求解比较复杂的特点,采用数值求解,对晶体加热炉内的棒料进行网格剖分,利用热平衡法建立每个微元体的能量守恒方程,形成一个迭代方程组。然后,将边界条件——辐射换热作为模型的单值性条件,采用迭代求解的方法对该方程组进行迭代求解。最后,采用逐点插入法,将数值求解得到的各个离散点连接成一个三角网的拓扑结构,并在此基础上,采用等值线、等值面的方式实现了晶体加热炉内温度场的三维可视化。对晶体加热炉数学建模、数值求解、Delaunay三角剖分、等值线和等值面的绘制等关键技术进行了实践和测试,证明了方法的可行性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究的目的与意义  8-9
  1.2 国内外研究概状  9-11
  1.3 本文主要研究内容  11-12
2 晶体加热炉温度场建模原理和总体方案  12-20
  2.1 晶体加热炉  12-14
  2.2 晶体加热炉内的传热方式  14-16
  2.3 单值性条件  16-17
  2.4 晶体加热炉温度场可视化总体方案  17-19
  本章小结  19-20
3 晶体加热炉棒料内部微元体建模  20-29
  3.1 晶体加热炉温度场模型假设  20-21
  3.2 圆柱坐标下的导热微分方程  21-22
  3.3 棒料网格划分  22-24
  3.4 棒料内部微元体建模  24-28
  3.5 本章小结  28-29
4 晶体加热炉温度场模型求解  29-47
  4.1 边界条件离散方程的建立  29-33
  4.2 棒料的热辐射边界条件建模  33-42
  4.3 加热炉模型离散方程组的迭代求解  42-46
  4.4 本章小结  46-47
5 晶体加热炉温度场的可视化  47-61
  5.1 空间数据三角化网格划分  47-53
  5.2 基于等值线、等值面的温度场可视化  53-60
  5.3 本章小结  60-61
6 总结与展望  61-63
  6.1 全文总结  61
  6.2 研究展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
附录攻读学位期间发表学术论文目录  67

晶体加热炉三维温度场建模与可视化方法研究

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