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.     

细水雾遮蔽红外辐射的数值分析

细水雾对热辐射有着强烈的散射和吸收,可用于舰船等军事目标的红外隐身。将水雾视为吸收、发射、各向异性散射介质,通过谱带离散处理水雾的非灰特性,利用Mie氏理论计算离散谱带内的平均光学系数,建立了8~14 m红外辐射在细水雾中的传输模型,并利用有限体积法进行了分析计算。研究发现,采用均值粒径假设计算辐射透射率时会有一定误差,应用数量矩均值粒径时Sauter粒径误差最小,线性平均粒径误差最大;水雾自身辐射与内散射对透射率的影响较大,计算中应考虑;提高水雾浓度,减小均值粒径,可有效抑制透射率。     

水雾对红外光谱遮蔽衰减特性研究

从理论上简要阐述了水雾对红外光谱的遮蔽衰减特性,用朗伯—比尔定律描述、分析了红外光谱在辐射传输过程中辐射经水雾吸收和散射后的能量变化.同时用米氏散射理论解释、计算水雾粒子的散射系数、消光系数并考虑路径辐射过程其他因素的影响.并且通过检测评估说明了水雾对红外辐射能量的遮蔽衰减特性.     

基于辐射换热理论研究水雾对红外辐射测温仪的影响

从辐射、吸收或散射性参与介质的辐射换热机理出发,通过建立有参与性介质影响时辐射测温问题的物理模型与数学模型,探讨了当高温物体表面被水雾遮盖时,采用单色,比色红外辐射测温仪进行温度测量时所受到的影响.参与性介质影响下辐射测温问题的数学模型主要包括介质辐射换热模型和辐射测温仪模型.模型求解中水雾的辐射特征由Mie散射理论求解,考虑到辐射测温仪的工作特性,采用在波带上积分的方法处理水雾随光谱变化的辐射特性,并采用离散坐标法求解谱带辐射传递方程.研究表明,水雾粒子介质的粒度分布情况及辐射测温仪工作波长是测温体系的两个重要的影响因素.受到水雾介质的衰减作用,单色辐射测温仪的测量值小于真实值,比色测温仪的测量值则随着工作波长的不同可能比真实值偏大,也可能偏小.     

多波段水雾的遮蔽效应研究

基于随机介质中波的辐射传输理论,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究了多波段水雾层的最佳遮蔽问题.数值模拟了满足对数正态分布水雾的质量消光系数随入射波波长、水雾粒径变化的关系,并与文献中单次散射数据进行了对比;计算了激光在水雾中透过率与波长、水雾宽度以及不同数密度的关系.结果表明,数密度比较大时,必须考虑多重散射;水雾的粒径选取与被遮蔽激光波长相近,就可以得到最佳遮蔽效果;而且用反射率或透过率能更方便的反映烟幕的消光性能,这对烟幕遮蔽性能的研究具有重要的理论参考价值.     

卫星表面散射对其温度及红外特征的影响

基金项目：。摘要：首先建立卫星温度场的理论计算模型;然后给出利用辐射传递因子求解卫星表面间自身辐射和空间热流多次散射的计算方法和流程;最后计算分析了卫星表面间自身辐射和空间热流多次散射对自身表面温度及3～6 μm和6～16 μm两个波段红外辐射特征的影响。研究结果对于提高空间目标红外辐射特性的计算精度以及空间目标的红外探测与识别具有参考价值。     

气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射机理与特性

从分析材料内部热辐射与导热耦合传热温度场、表面反射及折射之间的内在关系出发,建立了气动加热下高温陶瓷材料的红外辐射模型.采用控制容积法结合蒙特卡罗法和谱带模型,数值模拟了红外辐射能在材料内部的传递及出射过程.引入介质影响因子,分析了材料的红外辐射机理和外部气动热流对材料红外辐射特性的影响.结果表明,高温陶瓷材料内部热辐射的光谱选择性与温度场的耦合,导致高温陶瓷材料的红外发射率随气动热流变化而变化.由于陶瓷材料在紫外和中远红外谱带范围对辐射的吸收非常强,而在近红外和可见光谱带范围对辐射吸收较弱,随气动热流密度增大,对陶瓷材料表面红外辐射产生贡献的内部热辐射区域增大,但材料的红外发射率降低.     

泡沫对目标红外辐射透过率的计算及仿真

基于电波吸收、反射和散射特性对泡沫衰减遮蔽机理进行了探讨研究,对目标红外辐射在大气中的透过率进行了定量分析与计算。根据泡沫遮蔽状态的不同,分别对泡沫层和泡沫云两种干扰形式下目标红外辐射的透过率进行了定量计算,并利用MATLAB仿真工具进行了数值仿真,结果表明:泡沫相比大气对目标红外辐射的衰减作用明显,并且随着泡沫厚度的增加,目标红外辐射透过率逐渐减小,与实验测得的数值基本一致,进一步验证了模型的合理性。     

水雾与雾状油遮蔽性能的对比研究

运用Mie散射理论,计算了粒径服从对数正态分布的水雾和雾状油(柴油)的质量消光系数及其在可见光、中红外和远红外波段的波段平均质量消光系数.研究了粒径分布参数对水雾和雾状油遮蔽性能的影响,结果表明当r0与被遮蔽(波段)波长接近且6.趋于1时,(波段平均)质量消光系教具有最大值.雾状油在以上三个波段的遮蔽性能优于水雾,且粒径分布一定时,雾状油和水雾对中红外波段的遮蔽作用优于远红外波段.     

水雾的热红外伪装性能分析

利用Mie散射理论,在水的复折射指数随波长变化的情况下,通过雾滴消光效率因子和gamma 尺寸谱分布计算了热红外波长范围内的消光系数,建立了热红外波段gamma尺寸谱分布雾的含水量与消光系数的关系,分析了含水量为0.1和0.5时的红外探测器探测距离随传输路径L之间的变化关系.结论表明,水复折射指数、雾滴尺寸谱分布对雾的热红外辐射传输衰减有着较大影响,水雾遮蔽伪装时需充分考虑.     

散射性半透明介质内红外热辐射与相变耦合换热

半透明介质的相变传热必须考虑介质内红外热辐射传输的影响.研究了二维矩形吸收、发射、各向同性散射性半透明介质的凝固过程.假设凝固发生在某一温度区间,因此须考虑液、糊、固三个区域.采用有限体积法求解基于焓的能量方程,蒙特卡洛法求解红外热辐射传输.一维相变导热、二维瞬态红外热辐射与导热耦合换热的结果与文献进行了比较,吻合较好...     

泡沫对目标红外探测的影响

探讨了泡沫通过散射、反射和吸收作用衰减电磁辐射的机理,分析了在理想条件及自然条件下红外热像仪对目标的发现和识别概率。以此为基础并采用朗伯—比尔定律,建立了泡沫衰减遮蔽条件下红外热像仪对目标的发现和识别概率的数学模型。利用Matlab仿真软件进行了数值计算,结论为：随着泡沫厚度的增加,红外热像仪对目标发现和识别的概率逐渐...     

弹道导弹中段红外辐射特性数学建模与仿真

针对TBM中段的弹道特性,根据热平衡理论建立了TBM在中段的温度计算模型,然后根据普朗克定律建立了目标红外辐射计算模型;在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑大气吸收、散射及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响建立了大气透过率的计算模型,得到了大气衰减作用下的目标辐射模型;最后,在假定的仿真条件下,利用模型计算了两种波段下目标红外辐射强度、大气光谱透过率以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析,结果表明,这是一种计算TBM中段红外辐射的有效方法.     

细水雾在大气窗口波段的光谱与谱带辐射特性规律

研究了细水雾在3~5m和8~14m这两个大气窗口波段的红外辐射特性规律。通过对光谱辐射特性规律的研究,发现光谱散射系数与光谱吸收系数近似以1/2光谱消光系数为轴成对称关系,并且随着细水雾均值粒径的增大,对称关系趋于明显;通过对谱带辐射特性规律的研究,建立了细水雾在3~5m和8~14m两个波段内谱带衰减系数的近似计算公式;经过误差分析发现,细水雾均值粒径大于20m时,该近似公式可以保证三种谱带衰减系数的相对误差不超过5%。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

Computation of Near Sea Target Scattering from Complex Background Radiation

The background radiation contribution is an important component of target scattering characteristics. A study is made on target scattering characteristics from complex background radiation, with contributions of the sun and the sea and sky background and that among each components of target. In this paper, the shadowing function of sea surface is numerically calculated by using the Z-BUFFER shadowing elimination algorithm, and the scattering of each facet of sea surface and target from the sun and the sky background infrared radiation is computed based on the rough surface scattering model as well as the infrared self-radiation of the sea surface. Finally, a numerical calculation of the forward and backward radiance of a near-sea circular cylinder scattering from the sun, the sea and sky background infrared radiation of near sea target and the infrared self-radiation of the target skin have been made. The results show the important influences of each contribution on target scattering from the sea and sky background radiation in 3-5 μm and 8-12 μm bands.     

大气流场传输效应对探测系统性能的影响

分析了目标与背景的红外辐射特性,建立了目标与背景辐射温差传递数学模型,研究了大气对红外辐射传输的影响,分别考察了水蒸气、二氧化碳的吸收和大气散射对红外辐射传输的影响;计算了探测系统的主要性能评价参数:调制传递函数、最小可分辨温差和视距,并通过仿真得到了探测系统对目标所成的失真目标图像。研究结果表明,大气流场传输效应会使得探测系统对目标的成像发生像模糊,导致目标与背景之间的对比度下降。