钨极稀有气体电弧辐射及其在能量平衡中的作用

为研究钨极稀有气体(TIG)电弧的辐射属性,计算了氩等离子体在5000~25000K温度范围内的净辐射系数,建立了一种二维、稳态的电弧-钨极-水冷铜模型,获得了电弧辐射强度分布、电弧全谱及非真空紫外光谱的辐射功率。引入了辐射强度与欧姆热和辐射强度之和的比值系数,通过分析该系数在电弧中的分布状况,发现辐射在电弧主体区域对热量的散失起决定作用,而传输热在能量平衡中的作用随电弧位置变化。     

用光谱诊断技术测定高能单元推进剂的温度分布

采用光谱诊断技术中的相对强度法测定了单元推进剂六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)在3 MPa和5 MPa两种压力下的燃烧火焰温度分布。结果表明,相对强度法能准确地测出单元推进剂HNIW在整个燃烧过程的温度分布曲线,测得的最高燃烧火焰温度低于相应压力下的理论计算温度;测量压力升高,最高燃烧火焰温度更接近于理论计算温度。此实验结果说明：在较高压力条件下,用相对强度法能够准确地测定高能高燃速推进剂的燃烧火焰温度分布。     

低功率氩电弧加热发动机的数值模拟

采用可求解可压缩流动与传热的全速度SIMPLE算法,对低功率氩电弧加热发动机内部的传热与流动进行了数值模拟,获得了电弧加热发动机内的温度、速度、马赫数及流线分布。计算结果表明:电弧加热发动机内最高温度出现在阴极下游附近中心轴线处,这是因为电弧在阴极表面收缩形成阴极弧点,从而焦耳热成为该高温区的主要加热机制;沿着发动机中心轴线,气体温度和速度开始时随着距阴极距离的增加而迅速增加,然后在等离子体流向喷管出口的过程中,气体温度和速度逐渐下降。此外还详细考察了弧电流变化对电弧加热发动机内部传热与流动特性的影响,计算获得的发动机流量和比冲与实验结果基本一致。     

活性剂等离子弧焊焊接电弧的光谱与热分析

针对活性剂等离子弧焊焊接过程,利用光谱分析方法对活性剂等离子弧焊焊接电弧进行光谱分析,采用红外热像伪着色法测定活性剂等离子弧焊焊接电弧温度场,并建立活性剂等离子弧焊焊接电弧热流密度径向分布模型,对焊接电弧的成分及焊接电弧温度场进行了研究。研究结果表明,常规等离子焊焊接电弧以氩原子和氩一次电离离子的谱线为主,金属蒸气谱线不突出,焊接电弧以气体粒子为主,属于气体电弧;活性剂等离子弧焊焊接电弧的光谱中氩原子及氩一次离子谱线的辐射强度增强,Ti,Cr,Fe金属谱线大量涌现;活性剂等离子弧焊焊接电弧的温度分布比较紧凑,温度场外形窄,温度分布范围较集中,电弧径向温度梯度较大;电弧径向温度分布呈现正态Gauss分布模式。     

千瓦级氩电弧加热发动机的二维数值模拟

本文对千瓦级氩电弧加热发动机内的传热与流动进行了数值模拟研究,获得了典型工况下发动机内温度、速度和马赫数以及发动机喷管温度等参数分布。模拟结果表明,工作气体主要是在阴极下游附近以及约束通道内被加热电离,气体在发动机喷管的上游为亚音速流动,经过约束通道后转变为超音速流动。在进气总压一定时,随着弧电流的增加,发动机出口温度和速度均随之增加,但工作气体流量略有下降。     

氮氢电弧加热发动机气体流动特性分析

采用数值模拟的方法对低功率氮氢电弧加热发动机内的气体流动状况进行了分析研究,根据发动机内气体流动特性,确定了电弧加热发动机内的热边界层和流动边界层的定义方法,考察了主流区和边界内的能量转化过程。研究表明,在发动机约束通道内,电弧的热能主要在主流区转化为气体的热能,提升气体的焓值,而在发动机喷管扩张段的电弧贴附区域,电弧加热起到提升边界层内气体焓值和动能的作用.进一步的分析表明,缩小约束通道直径以及增加工作电流都有助于增加主流区气体对推力的贡献,从而提高发动机的性能。     

微束等离子弧焊电弧三维光谱及其抗干扰解耦

针对焊接电弧二维光谱检测温度场研究的局限性,在以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统基础上,检测到了三维电弧内部任意一点的光辐射强度。以电弧内部垂直于光谱检测方向且过电弧轴中心的各点的光辐射强度,通过借鉴Abel逆变换进行抗干扰解耦,恢复了电弧内部任意一点光辐射强度的相对发射系数,以解决所提出的三维光谱检测系统对电弧内部任意一点进行聚焦光谱检测的干扰问题。根据恢复得到的焊炬高度为2 mm的2 A微束等离子弧焊电弧ArⅡ特征谱线(波长为771.308与856.221 nm)的相对发射系数,通过相对谱线强度法,得到电弧的三维温度分布。进一步讨论了由此得到的电弧温度场分布和电弧形态特征,并与数值模拟计算得到的相同条件下电弧温度场进行了比较。研究表明:该研究提出的三维电弧光谱检测系统能够采集到电弧内部三维空间点的光辐射强度,虽然受到共聚焦光路的限制,采集到的电弧径向端面光谱为拖长的非轴对称圆形,但经过抗干扰解耦后的电弧径向光谱图为轴对称;虽然抗干扰解耦后得到的电弧光辐射相对发射系数分布出现一定的离轴最大化现象,但电弧光辐射强度在离轴了的电弧中心处达到了最大值,该最大光辐射强度从喷嘴至工件呈现先减后增现象,与电弧轴中心光辐射强度分布呈"双峰"态一致;并且电弧径向半径从喷嘴至工件是先减小、再保持、然后增大,其形貌为底部呈蘑菇状的准柱形,也符合相对于2 A焊接电流的短电弧(焊炬高度2 mm)的电弧形态;同时,通过电弧三维光谱检测并经过抗干扰解耦间接得到的2 A电弧的最大温度在微束等离子弧焊电弧的温度范围内,且在归一化后与数值模拟的电弧径向温度场分布较为吻合,误差较小。     

涡扇发动机轴对称塞式喷管红外辐射特征计算

用数值模拟的方法研究了3～5μm波段涡扇发动机轴对称塞式喷管的红外辐射特性,并与轴对称收扩喷管进行了对比。结果表明:轴对称塞式喷管红外辐射的空间分布和光谱分布特性方面与轴对称收扩喷管具有相似的特征,但是在红外辐射强度的数值有较大差别;以轴对称喷管为基准,轴对称塞式喷管无冷却措施的情况下尾向0°～15°范围内能够降低红外辐射强度,但在其他方向上的辐射强度有所增强;塞锥后部壁面冷却至400K,在0°～90°方向上塞式喷管均能有效降低红外辐射,且0°方向上降低了40.4%。大气对红外辐射的吸收作用随着探测角度的增大而增强。     

直排型连续波DF/HF化学激光器气流通道模型中氮作引射气的相变问题

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。     

用多次冲击压缩方法研究稠密氢氦等摩尔混合气体的物态方程

采用液氮冷却以及气体增压技术，制备了～30MPa及～90K初始状态的氢、氦等摩尔混合气体样品.以二级轻气炮作为加载工具，用不同灵敏度设置的两套多通道瞬态高温计系统获得完整、清晰的稠密氢、氦混合气体多次冲击压缩过程的光谱辐射强度信号.并建立起相应的实验数据处理和分析技术，获得了5—140GPa范围内氢、氦混合气体一至五次冲击雨贡纽物态方程，以及一次、二次和四次冲击温度实验数据.流体变分理论和离解模型用来分析和解释所获得的测量结果. 关键词： 氢、氦混合气体 多次冲击压缩 光谱辐射强度历史 物态方程     

基于三级Fabry-Perot标准具的纯转动拉曼测温激光雷达

提出了新的纯转动拉曼测温雷达系统,即以种子激光注入锁定的Nd:YAG激光器为激发光源,采用基于三级Fabry-Perot(F-P)标准具的双通道分光结构代替双光栅单色仪结构.通过通道中宽带滤光片(带宽为7nm)及F-P标准具的组合使用,对532nm激发光的大气Mie-Rayleigh弹性回波散射抑制比可达10^-10,对量子数J=±6,J=±12的N₂纯转动拉曼散射光谱线接收带宽均小于10pm,因此能充分抑制大气背景辐射噪声及O₂纯转动拉曼谱线的干扰,从而实现了单谱线比反演温度,提高了探测精度,且可在白昼探测大气对流层温度.最后通过探空气球测得的对流层温度垂直分布逆向模拟了该系统双通道的Raman信号曲线,证实了该系统的可行性. 关键词： 拉曼激光雷达 纯转动拉曼散射 三级Fabry-Perot标准具 对流层     

基于辐射光谱法的高温颗粒辐射传热参数在线测量方法研究

针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题,基于普朗克辐射定律,提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法,根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况,通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。为验证该方法测量准确性,搭建了高温黑体炉辐射测量系统,实验测量结果显示：温度测量值与设定温度相对偏差小于3%;辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。以此为基础,设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针,并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100 nm波段辐射光谱测量,基于上述方法,直接获得了高温颗粒温度、辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况,有效剥离了高温气体对流传热的影响,为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。     

Spectral and emission characteristics of LED and its application to LED-based sun-photometry

In recent years, light-emitting diodes (LEDs) have found applications in fields like space science instrumentation in addition to its use in illumination. Sun photometry is one of the techniques for measuring aerosol optical depth. Photometers generally consisting of an interference filter and a photo-detector, measures the intensity of radiation in the wavelength band of the interference filter. LED alone replaces both the interference filter and the detector and works as a spectrally selective photo-detector. The spectral response (extinction spectra) of LED is required to calculate the aerosol optical depth. In general, it is assumed that the emission spectra and spectral response should be same. It has been found experimentally that the emission spectra and spectral response are different. The peak wavelength at which the maximum emission occurs is found to be higher than the peak of the spectral response curve. The FWHM of both are also found to be different. A typical example of Langley plot obtained from the LED-based Sun photometer is shown and optical depth obtained with this is compared with the conventional Sun photometer.     

一种基于光学干涉原理的图像分割方法

 介绍了基于光学干涉原理的图像分割理论算法。在计算机上模拟一个均匀相干光源、一个滤波器和一个接收屏。选择强度 相位的转换曲线，将输入图像的强度信息转化成伪相位信息，并显示在滤波器上。利用光源照明滤波器上的相位图，在接收屏上得到其干涉条纹。再通过选择阈值对干涉图进行分割得到二值图，从而实现输入图像的边缘分割。计算结果表明，该方法得到的图像轮廓，与Sobel 算子效果相当。与实验结果对比分析可得，改善硬件并实现良好的分割效果的关键在于：控制光源的相干长度，或增大液晶的点阵间隔，并利用CCD相机和计算机相连，对干涉图进行二值化。     

Six-wave diffraction of X-rays in double-block crystal system

The intensity distribution between reflexes in six-wave symmetric case of diffraction of CuKα₁ radiation was experimentally investigated with the help of double-block monolithic crystal system. It was shown that the multiwave reflexes obtained for germanium single crystal were divided by intensity in three groups, and after the second block 20 multiwave reflexes (beams) out of the obtained number of 36 ones were ‘pure’, i. e., not accompanied with two-wave backgrounds. A technique of precision measurements in the field of multiwave diffraction is proposed.     

基于红外光谱的含氧化皮热态锻件温度检测方法

针对大型热态锻件在锻造过程中表面有较厚的氧化皮包裹,导致测温数据存在较大的误差,提出了一种基于红外光谱的测温方法,能有效的消除氧化皮层对测温的影响。该方法通过接收锻件氧化皮表面辐射的红外光谱直接测量氧化皮表面的温度和发射率,然后利用热交换公式推导求出被氧化皮覆盖的热态锻件真实温度。为了更好的抑制接收的红外光谱中各种干扰光谱的透过,提出了三级干涉滤光系统,并利用光谱仿真获得一组最优间隙参数值,提高了测温精度。实验结果表明,该测温方法能够准确测出覆盖有氧化皮高温锻件表面的温度,满足测温精度要求,验证了该测温方法的可行性。     

Luminescence and Electrical Properties of CdS Films Doped with Potassium and Sodium

CdS films, both pure and doped with the alkali metals Na and K, with Cl and without it, obtained by the aerosol pyrolysis method from thiourea coordination compounds at a temperature of 250 to 500°C are investigated. The photoluminescence spectra and the dependence of the luminescence intensity on the duration of exposure of samples to a high-power UV radiation have been obtained. The doping of samples results in a tenfold increase in the intensity of the luminescence band in the visible spectrum range (650–850 nm) as compared to pure samples of CdS. Upon irradiation of samples by high-power UV radiation for 1 h, no noticeable change in the intensity of luminescence of CdS films was observed. This is indicative of the stability of the films under study against the action of UV radiation. The luminescent properties of the films, obtained pyrolytically using thiourea coordination complexes, are determined by the synthesis conditions as well as by the chemical nature of the original substances. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 72, No. 4, pp. 509–513, July–August, 2005.     

运输机蒙皮红外辐射特性建模与分析

为了研究了C-17运输机的红外辐射特性,依据红外辐射的基本原理以及运输机的结构、材料等数据,对飞机机体进行几何建模和网格划分,通过流场仿真计算得到机体蒙皮的温度分布,并结合表面的多重遮挡算法计算出不同马赫数、不同视线方向的飞机蒙皮在红外(8 μm~12 μm)波段的总辐射强度。结果表明,方位角为0°时,相对于0.5马赫,1马赫飞行状态时,红外辐射强度增加32%,马赫数对红外辐射强度影响非常大,气动加热为其辐射强度的主要贡献源。从正前方或正后方探测时,红外辐射强度峰值随天顶角接近对称分布,从侧方探测时,红外辐射强度分布较为平均,因此天顶角对红外辐射强度影响较小。     

光学实验的计算机仿真

基于计算机仿真技术,以光学干涉实验和滤波实验为研究对象,应用Matlab软件数值模拟了杨氏双缝干涉实验和多光束干涉实验干涉图形和光强分布图,数值模拟了光学滤波实验字母滤波后的频谱图和字母成像图,结果表明,计算机仿真结果能够清晰的表达出实验和理论的效果。研究结果为光学实验的课堂教学提供了参考。     

Moving finite-size dipole emission

Emission of a finite-size arbitrarily moving dipole is considered. It is shown that the dipole radiation intensity can be expressed in terms of the dipole moment of the system for wavelengths longer than the dipole size. In this case, the system radiation intensity is much lower than that of the unit charge. For wavelengths much shorter than the dipole size, the dipole radiation intensity is equal to the sum of radiation intensities of two charges. For wavelengths comparable to the dipole size, interference minima and maxima arise in the angular distribution of the radiation intensity.