透射法测量半透明液体热辐射物性的双厚度模型

基于光线跟踪法研究了玻璃-半透明液体-玻璃三层平板透射特性,给出了获取夹层内液体透射比模型。分析了透射法测量液体热辐射物性的双厚度模型的单值性和多值性条件,给出了其适用范围。以庚烷热辐射物性测量为例,采用正问题模型计算透射比并作为"测量值",利用双厚度模型反演n、k。结果表明,在一定n、k的范围内双厚度模型反演误差较小,且利用其反演庚烷的n、k与文献实验数据吻合较好,同时分析了测量误差对反演的影响。

柴油的透射光谱测量和热辐射物性参数反演

提出了一种基于填充柴油类半透明液体光学腔的透射光谱反演其介质光学常数的新方法（IDTM），通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了方法验证。采用 Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充柴油光学腔在波长2～15μm 的透射光谱，基于新方法反演得到柴油在部分波长区域的光学常数，进而计算得到了其热辐射物性参数。研究结果表明：（1）在波段为2．0～2．5μm，新方法（IDTM）反演水的光学常数同文献结果基本一致。（2）IDTM 反演液体光学常数精度同 MCDTM 基本一致，且明显高于SODTM 和 SDTM。（3）柴油在波长2～15μm 范围透光性能较差，其中存在2．4，3．4，6．9，7．3和13．8μm等5个强吸收区域。（4）柴油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强，在不同波段其值差距较大。

改进微粒群算法反演参与性介质辐射物性

为了准确、快速地反演参与性介质的辐射物性,本文利用有限体积法(FVM)求解频域辐射传递方程获得的反射及透射信号的振幅信息,结合扩散微粒群(RPSO)、吸引扩散微粒群(ARPSO)以及变异的吸引扩散微粒群(MARPSO)三种智能优化算法,同时反演了激光辐照下各向同性散射的一维均匀平板介质的衰减系数、单次散射反照率。在其他条件均相同的情况下,吸引扩散微粒群(ARPSO)所需的计算时间相比于其他两种算法有明显的降低。使用ARPSO在存在误差情况下进行了反演,发现即使在测量误差为10%时,其反演参数的最大相对误差不超过5%,说明该算法鲁棒性较好。

薄膜二次表面镜热控涂层的辐射物性分析

认识热控涂层的热辐射物性对航天器热控制设计具有重要指导作用。文章根据薄膜二次表面镜涂层的吸收与反射过程分析,建立模型方程,结合已有的太阳吸收比、红外发射率等表观数据,采用非线性参数最小二乘法获得了薄膜材料的吸收系数和反射率等辐射物性,并分析了厚度对热控涂层太阳吸收比和红外发射率的影响。研究结果表明,聚酰亚胺薄膜对太阳光的表面反射率为0.571,吸收系数为19.343 mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.227,吸收系数为39.615mm-1;F46薄膜对太阳光的表面反射率为0.744,吸收系数为0.757mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.111,吸收系数为9.240mm-1。

静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾,而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限,基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型,探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明:颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关;但与体积分数成正比,且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群,平衡温度主要依赖于外部辐射强度;总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下,二者均与颗粒粒径正相关,且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下,颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中,棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式,其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。

液态碳氢燃料热辐射物性参数反演方法

基于光线跟踪法建立了玻璃-液态碳氢燃料-玻璃3层平板总透射比的正问题模型,给出了反演液态碳氢燃料热辐射物性参数(光谱吸收指数k和光谱折射指数n)的反问题模型,采用Monte-Carlo(M-C)法结合区间逼近法求解.通过将已知文献中庚烷的热辐射物性参数作为"真实值",采用正问题模型计算总透射比作为"实验测量值",然后利用反问题模型计算n和k,并分析实验偏差对反演计算的影响.研究结果表明:①模型反演k计算误差的标准差小于0.003%,而n的标准差高于21%.②实验偏差对反演计算影响较大,且偏差达到1.0%时个别反演数据明显"失真".③k反演计算误差的标准差y与实验偏差γ满足y=2285.2γ2-10.484γ+0.003 7的关系式;n反演计算误差的标准差受实验偏差影响较小,但偏差导致反演n误差均超过20%.

RP-3航空煤油热辐射物性参数的透射法测量

建立了填充半透明液体光学腔光谱透射比的正问题计算模型,提出了一种基于填充液体光学腔的透射光谱反演其液态介质光学常数的IDTM模型,通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了模型验证.采用Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充RP-3航空煤油光学腔在波长2~15μm的透射光谱,基于新模型反演得到RP-3航空煤油光学常数,进而计算得到了其部分波段区域热辐射物性参数.研究结果表明：1）IDTM模型反演液体光学常数精度同MCDTM模型基本一致,且明显高于SODTM模型和SDTM模型.2）RP-3航空煤油在波长2~15μm范围透光性能较差,其中存在2.4μm、3.4μm、6.9μm、7.3μm和13.8μm等5个强吸收区域.3）RP-3航空煤油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强,在不同波段其值差距较大.

铁基氧化物微颗粒的光谱辐射特性

太阳能热化学制氢过程中金属氧化物颗粒物性随反应温度、波长以及组分发生改变且其对反应过程的能量传递起着重要的作用。为了获得金属氧化物的光谱辐射特性,搭建了光谱透反射测量系统。首先,通过一系列实验测量校核了该系统测量结果的精确性以及稳定性。其次,研究了含有Ni Fe2O4金属氧化物颗粒的溴化钾压片在光谱区间0.3~1.2μm的透过率。结果表明:该系统具有良好的测试精度;Ni Fe2O4压片的透过率随波长的增大而增大,随厚度的增大而减小;在部分光谱处均存在透过率振荡现象,意味着颗粒在该波段区间存在吸收效果。上述研究为太阳能热化学制氢过程中的反应颗粒的辐射特性的反演提供了实验基础,同时也为太阳能反应器内传热、传质模型的建立提供了理论基础。

非常温原油透射光谱测量及光学物性影响分析

针对高温采油环境传统检测方法无法实现在线检测的问题,设计了恒温实验系统,利用傅里叶变换红外光谱仪IRTracer-100测量了不同温度下原油的透射光谱,基于双厚度法反演出原油的光学常数n和k与热辐射物性参数α和ρ,研究了不同温度对T、n、k、α和ρ的影响。结果表明:在400~4 000 cm^(-1)波段内,不同温度下原油透射光谱变化趋势相同,且存在726、1 382、1 471、2 849 cm^(-1)四个吸收峰。在吸收峰处,温度对原油的透射光谱(T)和光学参数影响显著;随着温度的升高,n逐渐减小,温度为70℃,频率为2 849 cm^(-1)时,n达到最小为1.34。k和α随温度变化规律一致,40℃时,k和α均达到最大,分别为1.65×10^(-4)和5.93×10^(2)。ρ受温度影响波动较小,在1.42×10^(-2)~9.05×10^(-2)内变化。

有限温度Si_xGe_(1-x)合金介电函数第一性原理模拟

基础辐射物性介电函数在热辐射研究中扮演了重要的角色。通过运用第一性原理分子动力学(AIMD)方法研究了Si_xGe_(1-x)合金的介电函数随温度变化的规律。以热平衡构型作为输入结构,AIMD方法可有效计算不同温度下固体材料的电子能带结构,进而得到介电函数。研究表明,在300 K温度下Si_xGe_(1-x)合金介电函数的理论计算值与对应的实验结果吻合;且随着合金中Si/Ge比例的增加,合金的禁带宽度增大,介电函数虚部主峰位置红移且幅值增强。