水雾热遮蔽过程的辐射与导热耦合换热

人工水雾对热辐射有着强烈的散射和吸收,可用于火灾安全和红外隐身。将水雾视为吸收、各向异性散射的灰体介质,考虑水雾的介质辐射、多重散射和环境的影响,利用窄谱带模型和Mie散射理论计算离散谱带的平均光学系数,将辐射传输方程和能量守恒方程耦合计算,建立了8~14微米红外辐射在水雾中衰减的计算模型。应用蒙特卡洛法与本文算法作对比,验证了模型的正确性;计算分析了目标在水雾遮蔽下的辐射强度场、热流密度散度以及对水雾温度场的影响;利用本文模型计算了光谱半球通过率,通过与朗伯比尔定律作对比,反映了介质辐射、多重散射、辐射热流等因素使得水雾遮蔽效率降低。     

水雾热遮蔽过程的辐射与导热耦合换热

人工水雾对热辐射有着强烈的散射和吸收,可用于火灾安全和红外隐身.将水雾视为吸收、发射、各向异性散射的非灰介质,考虑水雾自身辐射、多重散射和环境影响,利用Mie理论和谱带离散计算雾滴的辐射特性参数;将辐射传输方程(RTE)和能量守恒方程(ECE)耦合计算,建立红外辐射在水雾中的衰减模型.利用该模型计算了光谱半球透射率,通过与朗伯比尔定律作对比,反映了介质辐射、多重散射、辐射热流等因素会降低水雾遮蔽效率.     

高超声速飞行器气动热辐射特性

飞行器在大气层内高速飞行时,高速气体来流在飞行器顶端形成高温高压气体绕流,并对顶端光学探测窗口形成强烈气动加热,光学窗口温度急剧上升,高温气体和光学窗口的红外辐射对探测系统形成严重的气动热辐射效应,探测信噪比下降。针对非灰混合气体和光学窗口材料的辐射特点,采用介质辐射传输方法,模拟了钝锥球头外形头部且顶端安装探测窗口飞行器的气动热辐射,研究了气体和窗口热辐射随时间的发展及其与窗口材料的关系。结果表明,高温气体的热辐射与飞行器的运动状态关系密切,而光学窗口的热辐射随飞行时间增加而迅速增强,逐渐成为气动热辐射的主要因素,因此抑制光学窗口的温度上升速度和幅度是减弱气动热辐射的关键。     

移动式空冷柴油发电机组红外辐射特性数值计算研究

目标自身热辐射主要的影响因素是目标的表面温度和发射率.针对某型地面作业的移动式空冷柴油发电机的红外隐身效果进行研究,考虑了地面的辐射作用.结果表明保温箱体外壁面和对地热流通道设计有效的降低了箱体外表面的温度以及红外辐射强度,而且模型的整体辐射强度远远小于地面的辐射强度.     

飞机蒙皮红外辐射的瞬态温度场分析

飞机蒙皮温度场是形成飞机红外图像的基本因素,掌握其瞬态分布特性与控制机制对于飞机相关的红外技术有重要帮助.通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括飞机内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的瞬态耦合传热数理模型.引入壁面热流函数,将蒙皮外部热环境与飞机内部换热进行解耦计算,采用热网络法与蒙特卡罗法进行飞机内部传热分析,利用FLUENT软件进行蒙皮外气动对流换热模拟,建立了飞机蒙皮瞬态温度场的数值方法.通过模拟计算,获得了不同飞行状况下飞机蒙皮的瞬态温度场,分析了相关因素的影响.     

一种顾及表面间多次散射的热辐射方向性模型

利用辐射换热角系数描述了非同温异质表面间的多次散射效应,据此建立热辐射方向性模型,并对模型的数值计算进行了讨论.将模型应用于行结构目标,结合孔隙率模型模拟其方向亮温(Directional Brightness Tempera-ture,DBT)变化规律.结果表明,模拟得到的规律与地面观测结果具有较高的一致性,平均偏差在0.5 K以内.同时发现,多次散射效应增强了目标DBT,但对DBT的变化幅度又起平滑作用;目标组分的温差、几何结构、发射率均可导致DBT发生变化,温差越大,表面越凹,发射率越小,DBT随观测角度变化的程度越剧烈;模型可以解释热辐射中的"热点效应",认为"热点"的产生主要与组分温度空间分布有关.模型对于研究发射率方向性,城市热红外遥感反演及热红外邻近像元影响等问题可提供参考或思路.     

基于红外测温的电气控制柜内部元件热缺陷严重程度的反问题识别

根据国家相关标准建立了电气控制柜内部元件发热故障的判断方法和标准.结合红外辐射理论分析了控制柜内部过热元件对壳体内表面的热辐射,得到了壳体内表面的辐射热流密度,并针对受热壳体建立了二维热传导模型.基于壳体表面的红外成像测温数据,运用L-M算法进行了导热反问题模拟研究,准确求解了控制柜内部元件在不同热缺陷程度时的发热温度...     

用于补偿高温影响的红外热成像仪测量方法研究

针对常用的红外热成像仪受周围高温物体热辐射影响而导致测温不准的问题,根据测温原理和红外热辐射理论,设计出了一种基于该类型红外热成像仪的高温补偿测量方法。结果表明,选用发射率为0.5的遮挡材料时,可以完全补偿高温辐射的影响;当发射率等于1时,相当于忽略了高温物体的热辐射,没有起到补偿作用;发射率越大于0.5,测量温度就越高于真实温度;发射率越小于0.5,测量温度就越低于真实温度。     

末敏弹减速减旋段表面温度与辐射特性

为了掌握末敏弹从母弹舱内抛出后表面的动态红外辐射特性,根据其结构特征、结合减速减旋段的动力学模型,建立了末敏弹在气动加热、内部热源及与环境热交换的综合作用下,表面温度场与辐射特性的物理模型。耦合求解弹道模型与热平衡方程组,得到了动态温度场与辐射亮度的分布规律,最后计算并分析了不同初始条件、不同光谱波段内的辐射强度随飞行时间的变化规律。研究结果可以为红外探测识别末敏弹提供参考。     

基于辐射对比度的变发射率舰船的红外隐身研究

利用固定发射率的红外隐身涂料无法实现全天候舰船红外隐身。以小于0.04的目标与背景的辐射对比度作为红外隐身的评判标准,通过计算分析目标与背景的红外特征模型,得到了实现红外隐身所需的目标表面发射率变化范围,提出利用电致变色材料来改变目标表面的平均发射率。与固定发射率的普通红外隐身涂料相比,改变发射率后的红外隐身涂料的隐身效率有了很大的改善,基本能满足目标的全天候红外隐身要求。     

地物目标热红外光谱发射率的野外测量方法研究

在航天红外遥感应用中,地物目标光谱发射率是卫星遥感测量地面温度的一个重要参数。野外测量的大气环境、目标背景和地物的热力学特性等因素的影响,使得野外测量地物目标表面光谱发射率变得较为复杂。重点讨论了利用傅里叶变换红外光谱仪野外测量地物目标光谱发射率的方法和程序,介绍了几种正确分离目标温度与发射率的方法。野外测量实验结果表明,按照文中所述的测量方法,测量得到的地物热红外光谱发射率具有良好的一致性,发射率测量误差小于0．02。     

红外加热中物料内部温度场的数值分析

对红外加热技术中物料内部出现温度峰值的条件及响影因素作了探讨,采用了导热与辐射非稳态复合换热的一维模型,对红外加热均匀物性的干物料内温度场作了数值计算。结果表明,物料内部出现温度峰值的主要原因是辐射,并且只有在下列条件同时满足时物料内部才可能出现峰值;(1)表面存在投射辐射;(2)物料表面的透射率不等于零;(3)物料为半透明物料;(4)物料加热表面受到对流冷却,并讨论了物料的吸收系数,折射率,导热系数,换热系数,物料表面辐射特性对温度场的影响。     

A simulation of the thermal behaviour of the UK-NL millimeter wave telescope

To keep the thermally induced average telescope deformations within 15 μm, a thermal design goal has been set which limits the temperature difference between all locations in the panels, backing structure and subframe to 1°C. Temperature gradients are caused by non-homogeneous exposure and by difference in response to a changing exposure for elements with different time constants. Thermal model simulations are used to identify the critical elements in the thermal design of telescope and enclosure. It is shown that an enclosure with a highly reflective paint with high infrared emissivity on the outside surface and an inside zinc coating with low infrared emissivity works as a highly effective radiation shield. A sprayed aluminium coating on the telescope makes free convection the dominant heat transfer mechanism. An enclosure with louvres works as a chimney forcing the inside air temperature to follow the ambient temperature to within a few degrees. The resulting temperature stratification in the area where the telescope reflector is located does not exceed 1.5°C. Structural analysis shows that temperature gradients in the subframe cause reflector surface deformations with a regular pattern, like gravitational deformations, which means that an error budget summation based on independent rms values is not necessarily valid. Knowing the structural analysis coefficients for differential thermal expansion one can decide which time constants in backing structure and subframe have to be matched to achieve optimal performance.     

非均匀温度场下红外热成像仪温控系统设计

为降低外界环境温度和内部发热元件形成的非均匀温度场对红外热成像仪的成像性能影响。通过Proe和Ansys ICEPARK建立红外热成像仪的有限元模型,在红外镜头表面进行黑色阳极氧化、喷砂处理增强辐射换热,以及安装风扇增强对流换热保证高温环境时的散热,低温环境时采用热电阻进行温升设计,并仿真分析红外热成像仪在不同温度环境下整机内部温度分布和红外镜头温度分布情况,并利用在高低温箱的红外热成像仪来观察平行光管中的靶标图的成像质量,验证温控设计的高效性。结果表明:所采用温度控制电路板对风扇与热电阻能进行温度控制,当环境温度下降至0℃和升高至30℃时,启动温控系统使红外热成像仪光学系统温度正常,保证红外热成像仪的成像质量。     

类HTV-2高超声速滑翔飞行器的本体光辐射特性分析

第二代"猎鹰"高超声速技术飞行器(Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2,HTV-2)长时间在大气层中飞行时,气动热是导致本体光辐射特性的主要原因。气动热预测和复杂结构传热温度求解是本体光辐射特性研究的关键。基于类HTV-2高超声速滑翔飞行器的结构以及飞行弹道特点,建立了适用于高超声速滑翔飞行器的气动热、三维有限元传热和本体光辐射耦合计算方法。在算法验证的基础上,通过计算获得了类HTV-2高超声速滑翔飞行器沿假定弹道飞行的本体光辐射特性。结果表明,红外探测器从地面70°方向观测的辐射强度大于从天上-70°方向观测的辐射强度;中波3~5μm光辐射强度明显大于长波8~12μm和短波0.4~0.7μm,因此选择3~5μm波段更有利于对类HTV-2高超声速滑翔飞行器进行探测。     

有机电致发光器件的热学特性分析

采用COMSOL有限元分析软件的固体传热模块,对有机电致发光器件（OLED）的热学特性进行了仿真,发现器件温度随着输入功率成线性增大。在驱动电流为150 mAcm-2时,仿真结果表明,Alq3发光层的最高温度为82.994 3℃;玻璃基板下表面的最高温是77.392 6℃;器件阴极表面中心区域的最高温度为82.994 2℃,其平均温度为78.445℃。通过改变功能层热传导率、功能层厚度、对流换热系数、表面发射率等参数模拟其对OLED器件热学特性的影响,结果表明,当增加基板的热传导率时,OLED器件温度显著下降而且表面及内部温度梯度大幅减小;提高空气对流换热系数及基板的表面发射率,OLED的温度可以大幅减小。而其他参数则对其影响并不明显。     

基于红外光谱偏振度对比度的涂层材质识别研究

为了降低材质红外识别的正确率,较常用的方法是通过在材质表面涂覆涂层,以改变材质的表面发射率。首先通过基于微面元理论的目标材质表面红外辐射偏振传输模型的Stokes表达式,推导分析了目标材质表面发射率对目标材质表面红外偏振特性的影响,结果表明:目标材质表面发射率的改变不影响其表面的红外线偏振度特征;其次,针对材质表面发射率与红外偏振特性的不相关性,文章提出基于光谱偏振度对比度检测涂层材质的方法,并通过相同基底不同表面发射率的涂层材质、不同基底相同发射率的涂层材质的红外高光谱偏振成像特性进行了验证分析,结果表明:改变涂覆材料表面发射率并不影响材质表面的红外光谱偏振度特征;基底材料不同,即使目标材质表面涂覆相同发射率涂层,其表面的光谱偏振度特性将比光谱辐射亮度具有更明显的差异性,研究成果可为红外伪装材质检测识别提供新的途径和方法。     

旋翼气动加热对直升机红外特征分布的影响

文中采用数值模拟的方法较为系统地研究了旋翼表面温度分布及其对直升机红外辐射特征分布的影响。结果表明:（1）旋翼桨叶上自旋翼转轴到翼尖温度分布呈依次递增的趋势,最高温度值为316K,高出环境温度29 K;遮挡罩表面最高温度值为317 K,高出环境温度30 K;（2） 探测角度一定时,旋翼红外辐射强度随时间上下波动, 旋翼在3～5 m 和8~14 m 波段红外辐射强度随时间的变化趋势基本一致;（3） 旋翼气动加热后3～5 m 波段和8~14 m 波段红外辐射强度值的增量占整机固体对应波段总的红外辐射强度的比重分别为15%～16%、5%～6%;（4）同一发射率下,气动加热的旋翼8~14 m 波段红外辐射强度远大于3～5 m 波段,约为3～5 m 波段辐射强度的30 倍,其8~14 m 波段红外辐射强度约占整机固体8~14 m 波段红外辐射强度的30%~40%, 但降低旋翼表面发射率能有效降低旋翼8~14 m 波段红外辐射强度,同时也能降低旋翼辐射占整机辐射的比重。     

无人机红外辐射特性计算与分析

将高精度的CFD技术和红外离散传递法相结合,建立了一套基于纳维－斯托克斯（N-S）方程和光谱辐射强度方程相结合的无人机红外辐射的数值模拟方法。采用CFD方法开展了某无人机蒙皮气动加热性能、发动机排气系统的温度和组分摩尔浓度分布计算,结合离散传递法开展红外探测敏感波段下蒙皮、尾喷口和尾喷焰三个主要辐射源的红外信号特性综合分析,研究了不同红外参数变化下全机外形特征、发动机喷管构型和尾喷焰流场分布对红外辐射贡献的影响,获得了一些可以指导无人机红外隐身设计有价值的结论。