高溫氣體輻射特性計算的寬帶k分布模型.pdf

1、至今為止，氣體輻射特性的計算已經(jīng)發(fā)展了很多方法，如逐線計算、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)，將對波數(shù)的積分轉(zhuǎn)化成只需對幾個積分點計算的累積k分布函數(shù)的積分，從而大大減少了計算時間。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，能處理散射問題，是較好的氣體輻射特性計算模型。目前已有的k分布模型都存在一些缺陷：窄譜帶k分布模型計算波數(shù)間距小，計算時間長；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)問題時誤差很大；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。
　　本文綜合考慮計算精度和計算速度，建立了一種新的寬譜帶k分布模型。該模型能快速準確計算氣體的輻射特性，適用于任意輻射傳遞方程求解方法。通過擬合得到了模型參數(shù)計算式。用該模型對氣體輻射特性參數(shù)、氣體與粒子混合物輻射特性、尾噴焰的紅外輻射信號及遠程探測進行了研究。論文主要工作包括以下五個方面：
　　1.通

3、過引入普朗克函數(shù)加權(quán)計算寬帶吸收系數(shù)k的幾率分布函數(shù)，建立了新的寬譜帶k分布模型。對氣體輻射特性參數(shù)進行了計算，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HITEMP讀取氣體譜線特性參數(shù)，計算了不同溫度、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Guass積分格式的積分點對應(yīng)的譜帶k分布吸收系數(shù)多

4、項式。
　　3.根據(jù)吸收氣體的光譜線強度分布規(guī)律將整個光譜分成10個譜帶，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)輻射傳遞進行了數(shù)值模擬計算，驗證了寬帶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.采用工程算法計算了亞聲速飛行器尾噴焰、液體和固體火箭發(fā)動機尾噴焰的流場。在此基礎(chǔ)上，利用寬譜帶k分布模型計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，獲得了噴口燃氣溫度、噴口燃氣馬赫數(shù)、噴口燃氣壓力與大氣壓力比值和飛行高度等飛行參數(shù)對火箭尾噴焰輻射信號的影響規(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)動機尾噴焰的遠程紅外探測輻射信號。研究不同噴口燃氣溫度、噴口燃氣馬赫數(shù)、噴口燃氣壓力與大氣壓力比值和海拔高度時液體和固體火箭尾噴焰探測輻射強度的變化規(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)可由簡單