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.     

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。     

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%。     

舰船水雾红外消光的性能优化

利用细水雾的红外消光作用,将舰船目标笼罩在一层水雾之中,能够有效减弱目标与背景的辐射能量差异,降低红外探测设备对目标的发现或识别概率。首先,从辐射传递方程出发,对传递方程进行了一定的简化,得出比布格尔定律更为通用的辐射衰减公式。然后,将水雾粒子视为满足对数正态分布的稀疏粒子群,利用Mie氏理论对水雾层的散射系数、衰减系数、吸收系数进行了计算,并分析了水雾参数(浓度、平均粒子半径以及对数粒子半径偏差)对光谱消光性能的影响。最后,经过合理的优化,得出具有最佳光谱消光性能的水雾参数。计算结果表明:当水雾浓度为7g/m~3,平均粒径为4μm,对数粒径偏差为0.9时,水雾对舰船目标具有最佳的消光性能。     

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.     

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.     

三维LDV/APV系统研究细水雾与射流卷吸现象

利用三维激光多普勒测速计和自适性相位多普勒速度计系统（三维ＬＤＶ／ＡＰＶ系统）,通过观察和测量劝水雾被射流卷吸的现象,获取了细水雾的平均速度、平均粒径和雾通量等特性参数,深化认识细水雾被射流卷吸的机理,为下一步进行细水雾被火焰卷吸现象的实验研究打下了良好的基础。     

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.     

水雾遮蔽性能的计算和分析

水雾干扰波段宽,使用成本低,对生物和环境都不产生毒副作用,是一种新型的干扰材料。利用Mie散射理论,对粒径服从对数正态分布和正态分布的水雾在可见光波段、红外传输大气窗口和两种常用的军用激光波长处的质量消光系数进行了计算,得到了水雾在这些波段(波长)处的遮蔽性能,分析了计算结果与粒径分布参数之间的关系。     

有尺度分布的水雾激光散射及其动态测试

研究了单粒子和有尺度分布的水雾粒子对1064 nm激光后向散射的理论模型,根据散射截面与Stocks矢量关联的散射相函数和不同尺度散射参数,将粒子分布尺度代入散射相函数进行加权计算得到有尺度分布的水雾粒子总散射相函数。考察散射角在150°~180°之间后向散射,稀疏大尺度水雾粒子表现为单散射特征、有尺度分布混合型水雾粒子具有相对较大的后向散射效应。利用光电探测器组件、衰减片组、反射镜、偏振片等设计了水雾生成装置和散射效应测试系统,通过独立激光入射出射窗口、尾镜、内壁消光等措施减小和避免因实验环境造成的影响。使用该装置进行了水雾粒子对激光后向散射效应的动态测试,结果与理论符合较好。通过分析水雾粒子对激光后向散射的随机涨落现象、动态规律和特点,指出水雾粒子对激光的后向散射是一个复杂的动态过程,是传输路径上不同尺度水雾散射和强吸收的共同影响。     

大气气溶胶红外散射透过率计算研究

红外辐射在大气中传播时大气气溶胶散射是能量衰减的原因之一.通过考虑气溶胶密度随高度变化,结合大气能见度参数,建立了红外线在水平均匀传播和斜程传播下的大气气溶胶散射透过率计算方法.水平均匀传输下,在中长波波段对大气气溶胶散射透过率采用常规积分求均值方法计算,与采用波长中值的工程计算公式结果对比,表明工程计算公式具有足够的...     

中红外波段高空大气传输透过率及热辐射计算

使用逐线积分（LBL）及四种版本高分辨率分子吸收数据库（HITRAN 96、2k、04及08版本）对比计算了中红外 2~5 m波段在中纬度夏季（45N,7月）模式高空大气下行传输的大气分子透过率及热辐射,结果表明:透过率随着下行传输路径减小而增大,热辐射随着传输路径的减小而降低,适当的减小传输路径可以降低高空大气对光电系统应用的影响。96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上透过率的平均绝对偏差均较小,但在某些波段绝对偏差较大,如 HITRAN2k在100~10 km传输路径上的绝对偏差最大达到了0.81;96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上热辐射的平均绝对偏差的数量级均为10-6,04版本的平均绝对偏差并非在所有路径中是最小的。计算不同传输路径的大气透过率和热辐射时,采用旧版本的数据库在某些波段可能会产生相当大的误差。     

战斗机红外点源目标特性计算方法

研究了作为点源目标的战斗机红外辐射特性。将飞机的红外辐射分为排气系统辐射和蒙皮辐射两部分,根据红外辐射相关理论,提出了各自的红外辐射计算方法。在排气系统辐射的计算中,将实测数据、流场计算结果与经验公式相结合,并考虑了尾焰对尾喷口辐射的吸收以及多条尾焰的相互作用。通过计算不同状态、不同波段的战斗机红外辐射,得到了目标辐射随方向、速度、高度、发动机状态的变化规律,并验证了所建计算模型的正确性。     

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...     

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.     

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。     

短波红外吸收带林火与背景辐射亮度比较分析

对于短波红外吸收带图像高温目标特征的研究有利于提高红外目标的识别率。短波红外吸收通道可探测的地面高温目标辐射特征除了与目标温度有关,还受到大气参数状况、遥感器参数设置等影响。采用仿真分析方法,较为系统地获得了不同大气条件下林火目标与地面背景辐射数据,分析了二者的特征差异,并仿真分析了波段带宽设置对仪器接收到的辐射能量的影响。研究表明仪器带宽设置对高温目标的探测信噪比起决定作用,其次,大气模式设置不同,在短波红外水体吸收通道,林火与背景的辐射亮度特征差异显著不同。地面背景入瞳处总辐射在4.3 um附近吸收带主要受程辐射影响,在2.7 um附近吸收带主要受水汽含量影响。