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.

多分散细水雾遮蔽热辐射的高效计算方法

建立了多分散细水雾0.8~20μm辐射特性参数数据库和谱带-灰体模型,并提出了采用数据库调用获取辐射特性参数、采用谱带-灰体模型处理细水雾非灰特性相结合的方法.通过将该方法计算的无量纲辐射热流与采用Mie理论和窄谱带模型计算的结果作对比,证明该方法准确可靠.通过精度分析和效率分析,证明所提方法既可保证精度在可接受的水平,又能使计算时间大幅缩减.

动态细水雾的最佳热辐射消光粒径

研究了细水雾遮蔽衰减热辐射过程中,取得最佳遮蔽效果的动态雾滴初始粒径问题。综合考虑雾滴的光学特性和动力学特性,定义了热遮蔽指数作为度量动态雾滴消光能力的指标。在模型构建中,用索特粒径将多分散性的细水雾等效成单分散系;用Planck平均法获取水雾的灰体辐射特性参数;并采用数组调用、线性插值的方法提高大量计算Mie氏消光因子的效率。研究发现,基于遮蔽指数的最佳消光粒径要远大于基于光学特性的最佳消光粒径。

细水雾遮蔽衰减目标热辐射的实验研究

设计与搭建了一套细水雾热遮蔽系统,研究了细水雾衰减目标热辐射的实际过程,分析了影响细水雾热遮蔽效果的内、外部因素。研究发现,0.71 mm大口径喷嘴的热遮蔽效果好于0.41 mm口径喷嘴;细水雾厚度越大对目标热辐射的衰减效果越好,但从减小目标与背景的辐射对比度的角度考虑,而是存在最佳水雾厚度值;采用向上喷射的方式比向下喷射具有更好的热遮蔽能力;对于向上喷射的细水雾,其不同高度上热遮蔽能力是不同的,表现出了随高度先增后减的趋势;风的存在,破坏了雾场并加速了雾滴蒸发,对细水雾的热遮蔽能力具有明显的减弱作用。

细水雾衰减目标热辐射的谱带-灰体模型

在火灾防护中为提高热辐射传输计算的效率,建立了多分散细水雾0.8~20μm辐射特性参数数据库,并提出了两种谱带一灰体模型。本文中,辐射特性参数采用数据库调用的方法获取,而细水雾非灰特性采用谱带一灰体模型处理。通过所建三种模型的相对误差和计算效率分析,发现灰体假设模型的相对误差较大,且随水雾光学厚度的增大而增大;而谱带一灰体模型具有很好的精度。总体讲,谱带模型具有最好的精度,但效率最差;灰体假设模型效率最高,但精度最差;只有谱带一灰体模型既兼顾了效率又兼顾了精度。