高溫氣體輻射特性計(jì)算的寬帶k分布模型.pdf

1、至今為止，氣體輻射特性的計(jì)算已經(jīng)發(fā)展了很多方法，如逐線(xiàn)計(jì)算、各種譜帶模型和總體模型。k分布模型將劇烈變化的光譜吸收系數(shù)重新排列成平滑單調(diào)上升的函數(shù)，將對(duì)波數(shù)的積分轉(zhuǎn)化成只需對(duì)幾個(gè)積分點(diǎn)計(jì)算的累積k分布函數(shù)的積分，從而大大減少了計(jì)算時(shí)間。其用吸收系數(shù)表示輻射特性，能用任意輻射傳遞方程求解方法求解輻射傳遞，能處理散射問(wèn)題，是較好的氣體輻射特性計(jì)算模型。目前已有的k分布模型都存在一些缺陷：窄譜帶k分布模型計(jì)算波數(shù)間距小，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)；由于譜帶范

2、圍太大，全光譜k分布模型處理非等溫介質(zhì)問(wèn)題時(shí)誤差很大；一些寬譜帶k分布模型建立在指數(shù)寬譜帶模型基礎(chǔ)上，其精度和適用性有限。
　　本文綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算速度，建立了一種新的寬譜帶k分布模型。該模型能快速準(zhǔn)確計(jì)算氣體的輻射特性，適用于任意輻射傳遞方程求解方法。通過(guò)擬合得到了模型參數(shù)計(jì)算式。用該模型對(duì)氣體輻射特性參數(shù)、氣體與粒子混合物輻射特性、尾噴焰的紅外輻射信號(hào)及遠(yuǎn)程探測(cè)進(jìn)行了研究。論文主要工作包括以下五個(gè)方面：
　　1.通

3、過(guò)引入普朗克函數(shù)加權(quán)計(jì)算寬帶吸收系數(shù)k的幾率分布函數(shù)，建立了新的寬譜帶k分布模型。對(duì)氣體輻射特性參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，討論了混合氣體重疊譜帶k分布函數(shù)的處理方法，結(jié)果表明混合氣體k分布吸收系數(shù)可由單一氣體k分布吸收系數(shù)直接相加得到。
　　2.從高溫氣體數(shù)據(jù)庫(kù)HITEMP讀取氣體譜線(xiàn)特性參數(shù)，計(jì)算了不同溫度、總壓力和分壓力下，水蒸汽、二氧化碳和一氧化碳寬帶k分布吸收系數(shù)，擬合得到了12點(diǎn)Guass積分格式的積分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的譜帶k分布吸收系數(shù)多

4、項(xiàng)式。
　　3.根據(jù)吸收氣體的光譜線(xiàn)強(qiáng)度分布規(guī)律將整個(gè)光譜分成10個(gè)譜帶，建立了基于寬譜帶k分布模型的輻射傳遞方程。用寬譜帶k分布模型分別對(duì)單一氣體、氣體混合物和氣體與粒子混合物內(nèi)輻射傳遞進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，驗(yàn)證了寬帶k分布吸收系數(shù)擬合式的正確性以及混合氣體處理方法的合理性。
　　4.采用工程算法計(jì)算了亞聲速飛行器尾噴焰、液體和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴焰的流場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上，利用寬譜帶k分布模型計(jì)算了亞聲速飛行器尾噴焰、液體和固體火

5、箭尾噴焰紅外輻射信號(hào)，獲得了噴口燃?xì)鉁囟?、噴口燃?xì)怦R赫數(shù)、噴口燃?xì)鈮毫εc大氣壓力比值和飛行高度等飛行參數(shù)對(duì)火箭尾噴焰輻射信號(hào)的影響規(guī)律。
　　5.利用寬譜帶k分布模型，模擬分析了亞聲速飛行器尾噴焰、液體和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴焰的遠(yuǎn)程紅外探測(cè)輻射信號(hào)。研究不同噴口燃?xì)鉁囟取娍谌細(xì)怦R赫數(shù)、噴口燃?xì)鈮毫εc大氣壓力比值和海拔高度時(shí)液體和固體火箭尾噴焰探測(cè)輻射強(qiáng)度的變化規(guī)律。
　　本文建立的新的寬帶k分布模型中，k分布吸收系數(shù)可由簡(jiǎn)單