微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.

脉冲射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了脉冲射流强化混合喷流在3～5μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求解N-S方程得到.喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到.计算结果显示,在亚音速条件下,少量的射流流量(占3%的主流流量)就可以使核心区长度缩减一半以上,在天顶角90°方向探测喷流的红外辐射强度,各个方位角上都有较大衰减,与激励源垂直的平面上的衰减效果相比,与之平行的平面上的更为强烈.

巡航导弹蒙皮红外辐射特性的反向蒙特卡罗法模拟

采用反向蒙特卡罗法,在考虑了大气衰减和大气辐射的影响下,计算了导弹在空间不同视角下(8—14)μm波段内的红外辐射强度及分布。结果表明:大气衰减对亚音速导弹红外辐射强度的衰减作用强。随着海拔高度的增加大气衰减的影响越来越小;降低蒙皮发射率可以有效的降低蒙皮红外辐射强度,但对于亚音速导弹,大幅减小蒙皮发射率。由于大气辐射的影响,导弹表面红外辐射强度减小的效果并不如预期的好。

基于多重角度离散的排气系统红外辐射特性数值模拟

为解决有限体积法耦合求解排气系统红外辐射特性时角度离散数目不足的问题,提出多重角度离散方法,并计算了某轴对称排气系统的空腔-喷流组合红外辐射特性。用较粗的离散角度耦合计算每个喷管空腔微元面的辐射亮度,用较细的离散角度对空腔-喷流组合辐射的每个控制角进行独立计算,求解红外辐射强度。结果表明,多重角度离散方法可以使排气系统红外辐射程序在保证计算精度的同时,探测方向更加灵活,克服了有限体积法求解喷管空腔-喷流组合辐射强度分布时角度离散数目不足的问题。

基于组合方法的烟幕弹烟雾颗粒生成与扩散状态模拟

以赤磷烟幕弹烟雾颗粒的生成和扩散过程为对象,通过建立含化学反应和组分输运的控制方程,采用Realizable k-ε模型和动网格技术对烟雾初始流场和发烟片轨迹进行数值模拟,采用不同的发烟片分散方式进行密度叠加,建立完整的烟雾流场结构,对实例中0.08 s、0.88 s、1.8 s等典型时刻流场状态进行分析。结果表明:不同时段的计算结果较好地表现了烟雾颗粒生成的过程,以及烟幕云团中烟雾微粒的粒度分布,清晰地表现了两种分散方式产生的不同形状的烟幕,能够为烟幕弹装药结构设计和改进以及烟雾云团的遮蔽测试提供了参考。

相对湿度和粒子形态对海盐气溶胶粒子散射特性的影响

根据海盐粒子在不同相对湿度条件下的不同形态,分别建立了低湿度(RH=0%)、中湿度(RH=50%)和高湿度(RH=95%)三种条件下海盐立方体和球形粒子模型。利用离散偶极子近似法(DDA)、Mie散射理论研究了相对湿度和粒子形态对海盐散射的特性影响,采用离散坐标法(DISORT)研究了相对湿度和粒子形态对海盐特性的影响。结果表明:相对湿度和粒子形态对海盐散射特性影响较大,不同相对湿度条件下,海盐气溶胶粒子由于相态不同,呈现出不同的特性。中湿度条件下,粒子形状因子对海盐散射辐射特性的影响更强。当光学厚度较小时,球形-立方体海盐气溶胶的双向反射分布函数(BRDF)相对差异超过15%,在研究海盐气溶胶散射辐射特性时,需同时考虑相对湿度和粒子形态的影响;当光学厚度较大时,相对差异不超过5%,一定精度范围内,可采用等效球方法进行模拟计算。研究结果对于大气气溶胶散射和辐射传输理论及应用研究具有重要的参考价值。

基于MODIS云参数的卷云反射率计算研究

卷云反射率是天气、气候和地球能量平衡研究中关注的重要参数。卷云反射率的快速算法在遥感反演卷云特性参数中具有重要应用。依据卷云反射率随卷云光学厚度、有效尺度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等参数的变化,利用离散坐标法(Discrete Ordinate Radiative Transfer method,DISORT)计算卷云反射率,预先建立卷云反射率随相关参数变化的快速查找表,以此建立了卷云反射率的快速算法。将MODIS卫星探测的卷云光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等因素作为输入参数,计算得到了卷云反射率,比较了计算的卷云反射率和MODIS实际测量的卷云反射率值,相关系数达到0.94,平均偏差小于18.5%,说明了卷云快速算法计算合理可行。

激发跃迁速率对热力学非平衡氮气紫外辐射的影响

基于氮气的碰撞-辐射(CR)模型,计算了速度为6.2km/s、初始压力为133Pa的高超声速流动激波中N_2和N_2^+分子电子能级的分布情况,分析了不同激发跃迁速率模型对电子能级分布及辐射光谱模拟的影响。针对流动中热力学非平衡区域和平衡区域,在300～440nm的辐射光谱开展了逐线法的数值模拟,并与激波管实验测量光谱进行了对比。结果表明,目前的激发跃迁速率均存在偏差,综合Park模型的爱因斯坦系数和Johnston模型的碰撞激发速率可以得到与实验结果最为接近的辐射光谱。

三种典型流动状态下的喷流红外辐射特性

计算了欠膨胀状态、设计状态和过膨胀状态三种典型流动状态下的轴对称收扩喷管在3～5μm波段的喷流红外辐射传输特性，并对三种状态的计算结果进行了分析比较。流场采用有限体积法和重整化群（RNG）k—s湍流模型求解N—s方程得到，喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到。计算结果显示：欠膨胀状态的喷流红外辐射强度最大，设计状态与过膨胀状态的喷流红外辐射依次降低，随天顶角的增大差距增大，这与喷流的流动特点有关，说明喷流流动特点的改变影响红外辐射的大小，通过控制喷流的流动可以控制喷流红外辐射强度。

积分格式对窄带k-分布计算的影响

对于窄带k-分布模型,影响计算精度的关键因素是积分格式,为了研究积分格式对窄带k-分布模型的影响,选择了5种精度较高的高斯积分方法进行计算分析。首先采用Gauss-Lobatto7点积分格式窄带k-分布法计算了CO2四种条件下的窄带平均透过率,并与实验结果进行对比验证,对比结果吻合良好。另外选取了4种积分方式:Gauss-Lobatto5、Gauss-Lobatto4、Gauss-Legendre 4和Gauss-Legendre2点积分,对CO2的四个算例进行计算,并将5种积分格式的计算结果与逐线计算结果进行对比分析。结果表明:Gauss-Lobatto7的精度最高,Gauss-Lobatto5和Gauss-Legendre4次之,其中Gauss-Legendre4略高于Gauss-Lobatto 5。显然相同积分方法积分点越多计算精度越高,但计算时间越长,而两种不同积分方法对比Gauss-Legendre优于Gauss-Lobatto。综合考虑精度与计算时间等因素,5种积分格式中Gausslegendre 4应该为最好的选择。

涉及HO_2的中间反应对火箭羽流后燃流场数值模拟的影响

针对火箭羽流的后燃现象,建立了考虑涉及中间产物HO2的基元反应的反应机理,并通过CFD方法应用此反应机理,对一个轴对称喷管模型在4个不同的飞行高度下进行数值模拟。同时,在相同的条件下,分别计算并获得了采用典型的不含HO2的反应机理的后燃流场,以及采用建立在化学平衡假设基础上的反应机理的后燃流场。通过对比发现,化学平衡的假设不适合后燃流场的计算;利用包含HO2的反应机理会得到较高的羽流温度,温度差别最大可达100K,CO和CO2质量分数分布结果与其他反应机理近似,在O和OH质量分数分布上与不考虑HO2的反应机理差别很大,尤其是O的质量分数,在5~35km的飞行高度内,仅为后者的10%~73%;从而综合证明了在计算羽流后燃流场时考虑HO2是有必要的。

高超声速流场中CO_2的红外辐射研究

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2对整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础,通过逐线法计算了不同飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时,CO2的辐射光谱。通过理论计算,发现在典型的高超声速飞行状态下,无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2的红外辐射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下,激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。

用温度修正的k-ε模型研究排气系统红外辐射特性

为研究温度修正的k-ε湍流模型对排气系统红外辐射特性计算精度的改善程度,计算了某轴对称收敛喷管在3～5μm波段的空腔-喷流组合红外辐射特性,并与试验结果对比.喷管流场及温度场采用有限体积法(FVM)求解Navier-Stokes(N-S)方程得到,湍流模型分别采用标准k-ε模型和温度修正的k-ε模型.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程,并考虑大气衰减作用.计算结果表明:温度修正的k-ε模型可有效预测排气系统热喷流的核心区长度,从而获得与试验结果一致的红外辐射强度.与标准k-ε模型相比,采用温度修正的k-ε模型计算得到的红外辐射强度的最大相对误差由64%降至了4.3%,说明温度修正的k-ε模型适用于精确模拟排气系统的红外辐射特性.

氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射参数反演研究

针对氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射特性参数分析,提出一种基于紫外CCD(change coupled de-vice)相机采集的单幅辐射图像,同时反演羽烟内紫外辐射源项和吸收系数的方法.该方法将羽烟简化为发射-吸收轴对称介质,通过对辐射图像数据进行Able变换得到三维介质内辐射强度分布,利用最小二乘法将反演问题转化为使计算得到的与Abel变换得到的辐射强度误差最小的最优化问题,然后利用共轭梯度法求解该最优化问题.通过在求解正问题得到的准确值的基础上添加随机噪声,模拟辐射图像数据,分析了测量误差对算法反演精度的影响.结果表明:该算法对测量误差不敏感,能够准确的重建羽烟内的辐射源项和吸收系数分布.

红外恒星辐射在标校中的应用研究

地基测量设备在出厂前通常进行精确的实验室标定,但是实际使用过程中,测量环境、使用时间,以及器件本身老化等因素使得设备输出响应发生变化,影响测量精度,因此需要定期对设备进行现场标校。提出了一种利用红外标准恒星辐射光谱对地基测量设备(主要是光谱仪)进行辐射标校的新方法,以校准因时间、环境等因素导致的系统输出响应偏差。