DreistrahlModelle

DreistrahlModelle sind eine Klasse von Näherungsverfahren zur Beschreibung der räumlich gerichteten Ausbreitung von Strahlung, Wärme oder Teilchen in gekoppelten Transportgleichungen. Sie reduzieren die komplexe, kontinuierliche Winkelverteilung auf drei diskrete Richtungen (Strahlen). Damit bilden sie eine einfache Form der Diskreten-Ordnungen-Methode mit drei Richtungen, die häufig in eindimensionalen Geometrien eingesetzt wird.

Mathematisch führen DreistrahlModelle zu drei gekoppelten, erstordnigen Gleichungen für die Strahlungsintensitäten I1, I2, I3 entlang der drei Richtungen. Der Energieaustausch zwischen den Strahlen wird durch Kopplungskoeffizienten beschrieben, die Streuung und Absorption berücksichtigen. Zur Abschlussbedingung wird oft eine Annahme über die ungestreute Verteilung getroffen oder die Gleichungen mit passenden Randbedingungen ergänzt.

Anwendungsgebiete umfassen die atmosphärische Radiative Transfer, Solarnutzungssimulationen, optische Bauelemente, Strahlungs- oder Teilchentransport in vereinfachten Geometrien sowie Akustik und Wärmeübertragung in mehrsträngigen Medien. Sie dienen dazu, schnell grobe Schätzungen des Strahlungsflusses und der Nettonstrahlung zu liefern, ohne die volle Angularauflösung zu verlangen.

Vorteile sind der geringe Rechenaufwand, die klare physikalische Interpretation und die einfache Implementierung in bestehenden Codes. Grenzen ergeben sich aus der begrenzten Genauigkeit bei stark anisotroper Streuung, Schwierigkeiten bei mehrdimensionalen Problemen und dem Bedarf, Energie- und Randbedingungen sorgfältig zu wahren. Höhere Genauigkeit erreicht man durch mehr Strahlen (z. B. Vier- oder Fünfstrahlmodelle) oder durch Übergang zu vollständigen SN-Verfahren.

Verwandte Ansätze umfassen zwei-Strahlmodelle, das allgemeine SN-Verfahren und andere Winkeldiskretisierungsmethoden. DreistrahlModelle werden oft als Zwischenschritt zwischen einfachen zwei-Strahl-Ansätzen und vollständigen Diskretionsmethoden genutzt und dienen der schnellen Qualifizierung von Systemen, die moderate angular resolution benötigen.