黑體腔外推模型的求解及其影響因素的分析

1、第1頁共31頁黑體腔外推模型的求解及其影響因素的分析黑體腔外推模型的求解及其影響因素的分析摘要溫度在科研和生產(chǎn)中是一個十分重要的參數(shù)，也是兵器理論和應(yīng)用研究中的一個重要參數(shù)。在航空、核工業(yè)和化爆實驗測試中，有許多研究對象需要測量的是幅值高，變化快的瞬態(tài)高溫，它作為一個重要參數(shù)，直接影響設(shè)備的性能和安全，測量條件非常惡劣，技術(shù)難度很高，特別是在許多場合實驗成本很高，對系統(tǒng)的可靠性有很高的要求。這種特殊環(huán)境下的溫度測試，目前尚無成熟的技術(shù)。

2、利用基于普朗克黑體輻射定律的藍寶石黑體腔光纖傳感器是測量這類溫度的有效方法。但傳感器的溫度測量上限受限于藍寶石熔點及其技術(shù)的標(biāo)定，為了擴寬瞬態(tài)高溫測量范圍，必須要有相應(yīng)的措施。采用外推方法后，儀器只要記錄下離測試面一定深度處的幅度較低、變化較慢的溫度，然后用外推方法外推出測試量值很大、變化極快的表面溫度。文中采用分離變量法和數(shù)值求解法對黑體腔模型進行了求解，分離變量法的最后結(jié)果是一個無窮項數(shù)學(xué)問題的展開式，因此項數(shù)n的取值就成了影響其測

3、試結(jié)果的一個重要因素。在數(shù)值求解法的過程中待定系數(shù)的確定是由線性擬合的方法得到的。因此這種方法主要存在的是線性擬合誤差。因此通過分析可知：分離變量法得到的結(jié)果較數(shù)值求解法準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞：溫度測定，外推，分離變量法，黑體腔，影響因素第3頁共31頁1引言引言1.11.1論文的背景、目的及意義論文的背景、目的及意義1.1.1研究背景溫度是反映物體分子熱運動的一個物理參數(shù)，它是表示物體冷熱程度的物理量。也是兵器理論和應(yīng)用研究中的一個重要參數(shù)，它影

4、響兵器的殺傷威力、使用壽命及安全防護要求等。溫度測量是通過物體的某些物理性質(zhì)隨溫度變化的特征間接測量的。但溫度的測量在某些場合下確不是一件容易的事，如對表面不能安裝或焊接測溫傳感器的測溫問題———火箭發(fā)動機、內(nèi)燃機等燃燒室的壁溫測試。為了測試固體材料內(nèi)部各個位置上的溫度變化，不可能對各個等溫層位置都埋設(shè)測溫傳感器，即使能做到，也很昂貴。在上述場合仍要求用現(xiàn)有的測溫方法來實現(xiàn)，就有一定的困難，而解決這類溫度的測定具有非常重要的意義。在兵器

5、領(lǐng)域中需要測出溫度參數(shù)的方面很多，如槍膛內(nèi)火藥體的溫度、膛口氣流溫度、自動武器導(dǎo)氣室內(nèi)氣體溫度、爆炸及爆轟溫度等等，而許多研究對象還需要測量瞬態(tài)表面溫度，隨時間快速變化的溫度稱瞬態(tài)溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，近若干年來，人們對瞬態(tài)溫度的認(rèn)識越來越深，并對其測量給予了高度的重視。瞬態(tài)溫度作為熱現(xiàn)象涉及到燃燒、傳熱等各個方面，是零件的熱變形、熱應(yīng)力分析的重要參數(shù)，尤其是表面瞬態(tài)溫度，它可以反映燃燒過程的一些重要的信息。在熱工設(shè)備、動力機械

6、、火箭發(fā)射機、化工容器、核能工程等多種學(xué)科領(lǐng)域中，瞬態(tài)溫度的測量都占有非常重要的地位。瞬態(tài)表面溫度測量一直是測溫技術(shù)中十分令人關(guān)注的一個重要分支。許多場合需要測量瞬態(tài)表面溫度[123]，如內(nèi)燃機缸壁、火炮膛壁溫度等，這些參數(shù)直接影響設(shè)備的性能和安全。而在常規(guī)兵器這一特殊領(lǐng)域，被測事件往往發(fā)生在高溫、高壓、高速和高沖擊的惡劣環(huán)境中。因此，測量條件非常困難，技術(shù)難度很高難以用傳統(tǒng)的熱電偶來進行測量。就拿測量溫度范圍較高的鎢錸熱電偶而言[4]