高温二氧化碳气体红外辐射实验研究

主要介绍了依托高频等离子体风洞建立的高温气体辐射测量平台,并在此平台上开展了高温二氧化碳气体红外辐射实验测量。介绍了高频等离子体风洞的运行原理、流场特性及工作介质;介绍了实验测量的条件、装置、标定、数据处理方法和结果分析;通过自建的高温气体发射光谱测量平台实验测量了二氧化碳气体在1 500～3 000 K范围内4个温度点的红外发射光谱;介绍了Abel变换在测量二氧化碳气体红外辐射空间分布中的应用,通过Abel变换获得了高温下二氧化碳气体红外辐射的空间分布结果; 分析了高温二氧化碳气体在4.3 μm附近的红外辐射的强度及其中心波长随温度变化的分布,得到了发射峰中心波长随温度的升高向长波方向展开的结果,并与文献结果进行了对比分析。     

非漫发射体温度测量原理

辐射测温以Planck定律为基础可以在不同的空间位置测量物体表面的发射辐射来反演温度,以实现物体表面温度的非接触测量,具有重要现实意义。Planck定律确立了光谱辐射强度与黑体温度之间的定量关系,然而在辐射测温理论和实践研究中,实际物体表面光谱发射率的复杂性和未知性成为辐射温度精确测量的主要障碍。基于特定的发射率模型,可以在未知晓物体表面发射率的条件下实现物体温度的非接触测量,但此时难于考虑被测物体的非漫发射特征。为了在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度测量,研究中直接从辐射测量方程出发,经过适当数学转化后,提出了辐射测温中的一个新概念一表观发射率,并对其特征进行了分析,结果表明在对非漫发射体进行温度测量时在同一次测量中,表观发射率虽然形式上很复杂但仅是波长的函数,可以直接针对波长进行模型构建,进而可以在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度的封闭求解,进而给出了有限立体角辐射测量条件下非漫发射体的波长和波段测量方程。同时,还对有限面积条件下的温度测量进行了研究,发现如果具有非漫发射特征有限面积上的温度处处相同,基于表观发射率的构建也可以实现温度的封闭求解。     

辐射烧蚀区电子温度研究

此文叙述了采用晶体谱仪测量辐射烧蚀区电子温度的方法.在"星光Ⅱ”激光装置上,以波长为0.35μm,能量～70J,脉宽～700ps的强激光注入辐射烧蚀靶,实验首次测到了辐射烧蚀样品自发射谱,配合理论计算,给出了碳氢样品电子温度29eV.另外用空间分辨晶体谱仪研究了发泡铝靶电子温度空间分布;用双示踪元素等电子谱线法研究了Formvar(CHO)膜平面靶的电子温度.     

激光等离子体辐射温度时间特性测量研究

本文提出一种软X射线条纹相机与吸收膜相耦合测量激光等离子体辐射温度的实验方法,并且应用这个方法测量了平面金靶在1.053μm激光(LF-11^#激光装置)作用下,靶面功率密度约为10¹⁴W/cm²的辐射温度。对温度处理中存在的误差,以及把此方法推广到能谱的时间分辨和温度的空间分辨测量中的可能性进行了讨论。 关键词：     

腔靶X射线辐射特性实验研究

在上海“神光”装置上,对柱形腔靶X射线辐射的温度、光谱以及时间特性进行了实验研究,得到内爆区轴向温度随空间位置的变化特征。观测到腔内激光直接烧蚀靶物质产生的第一次X射线辐射和等离子体运动、汇聚形成的第二次X射线辐射,两次辐射的时间间隔为1.2ns。通过测量源区和内爆区X射线辐射空间能谱结构,结果表明源区X射线辐射能谱是非平衡的,而内爆区X射线辐射能谱近似为Planck谱。 关键词：     

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。     

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（英文）

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 100nm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。     

X射线沿柱腔轴向能量传输实验测量

对X射线在柱腔内的能量传递情况进行实验测量,采用多种实验设备对X射线进行诊断,获得柱腔内软X射线谱、X射线强度及辐射温度的空间分布. 关键词： 柱腔 能量传递 辐射温度     

用于测量太阳总辐射的空间辐射计

简述了在不同航天任务上测量太阳总辐射的各种辐射计,以及这些辐射计的结构、仪器特性、原理和运行等。这些空间辐射计大多数采用电标定的原理,以腔体探测器作为感知太阳总辐射的传感器。讨论了空间辐射计寻日方式对太阳总辐射测量精度的影响。最后,结合以往宇航任务中太阳总辐射测量的历史和经验,简述了高精度测量太阳总辐射空间辐射计的发展趋势。     

多目标多光谱辐射高速高温计的研制

固体火箭羽焰是一种特殊的火焰,固体火箭发动机喷管羽流沿径向和轴向的温度是研究固体推进剂燃烧状况和发动机燃烧流场的基本参数。针对固体火箭发动机尾喷焰温度及其空间分布测量的需要,继1999年采用多光谱辐射测温方法和技术实现航天某型号固体火箭发动机测量后,研制了新型的多目标多光谱辐射高速高温计用于固体火箭发动机地面搭载试验。仪器使用组合棱镜和光电二极管阵列实现目标0.4~1.1μm光谱的热辐射测量,在主光路设计中首次使用光纤技术,实现一台仪器同时测量空间分布6个目标点的温度和发射率,每个点的空间位置由光阑上的通光孔精确确定,且每个目标测点均有8个工作光谱,研制的同步高速数据采集系统完成48个测量通道的数据同步时间小于10 ns。     

红外热成像辅助面神经功能自动评估方法研究

面瘫是一种多发的面神经疾病,表现为患侧面神经功能失调,严重影响患者的正常生活和人际交往。面神经功能自动评估方法对于面瘫的诊治是至关重要的。面部神经功能受损导致体表温度分布发生改变,可以通过红外热成像采集患者的面部温度分布不对称特征,基于红外热成像提出一种面神经功能自动评估新方法,融合温度特异性和边缘检测自动将面部红外热像划分为左右对称的八个区域,提取面部温度不对称特征,包括温差、有效热面积比和温度分布不对称度,采用径向基神经网络作为面神经功能自动分类器。实验收录了390幅单侧患病的面瘫患者正面红外热像图,结果显示：采用径向基神经网络的红外热成像面神经功能自动分类器的平均分类准确率为94.10%,比采用K近邻分类器和支持向量机分类器分别提高了9.31%和4.87%,优于传统的House-Brackmann面神经功能评估方法,对面神经功能的分类精度完全符合临床应用标准,可以有效评估面瘫患者的面神经功能,有助于面瘫的临床诊断与治疗。     

Visualization of three-dimensional temperature distributions in a large-scale furnace via regularized reconstruction from radiative energy images: numerical studies

In this paper, the possibility of visualization of three-dimensional (3-D) temperature distributions in large-scale boiler furnaces from radiative energy images captured by multiple charge-coupled device (CCD) cameras mounted around the furnace is studied numerically. For the calculation of the radiative energy image formation, a fast algorithm proposed by the authors for pinhole imaging is used in this paper, which is based on the Monte Carlo method and combined with a concept of angular factor effective for image formation. This algorithm is applicable for the emitting, absorbing, and isotropic scattering medium. For the inversion of the 3-D temperature distributions which is an ill-posed problem, a modified Tikhonov regularization method is improved, where the finite difference regularizer is defined and can be used in 3-D cases, and the optimal regularization parameter is suggested to be selected by using a post-treatment method. For a 3-D unimodal temperature distribution, the numerical simulation results show that the reconstruction errors for the 3-D temperature distribution can be maintained at levels similar to the measurement error and the visualization quality of the temperature distribution is satisfactory. For a kind of bimodal temperature distribution, the reconstruction errors are higher than those for the unimodal distribution, but the bimodal feature of the temperature distribution can also be reproduced clearly.     

大型粮仓温度分布反演数学模型的研究

采用有限元数值模拟方法,以响应面模型RSM(Response surface model)理论为基础对大型粮仓冬、夏两季的温度分布进行了深入分析,推导了粮仓温度反演数学模型。将采集的温度值导入RSM模型中,并结合单因素轮换法、正交实验和统计方法,通过构造一个具有明确表达形式的多项式来预测粮仓温度分布反演数学模型。在数学模型的基础上给出各因子交互作用下的设计空间、各因素对粮温影响的主效应及交互效应。实验证明该数学模型误差小,精度高,具有良好的计算性能,在大型粮仓温度监控系统中采用该模型能够解决布线少、预测空间范围广的问题。     

Analytical Solution of Smoluchowski Equation in Harmonic Oscillator Potential

Non-equilibrium fission has been described by diffusion model. In order to describe the diffusion process analytically, the analytical solution of Smoluchowski equation in harmonic oscillator potential is obtained. This analytical solution is able to describe the probability distribution and the diffusive current with the variable x and t. The results indicate that the probability distribution and the diffusive current are relevant to the initial distribution shape, initial position, and the nuclear temperature T; the time to reach the quasi-stationary state is proportional to friction coefficient β, but is independent of the initial distribution status and the nuclear temperature T. The prerequisites of negative diffusive current are justified. This method provides an approach to describe the diffusion process for fissile process in complicated potentials analytically.     

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。     

基于激光旋转加热的非导电材料高温光谱发射率测试方法与装置

光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。对于非导电材料的高温光谱发射率测试,一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试,存在的问题是采用高温石墨炉加热时,样品可能会与高温石墨发生化学反应,从而破坏材料原有物性;采用辐射加热,一般是单向静止加热,会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计,提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法,建立了相应的测量模型,突破了传统的 “样品静中测”的局限,样品与参考黑体共形一体化设计,采用微区域光谱辐射成像方法,同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。建立了激光旋转加热状态下的热传导方程,对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算,结果表明旋转样品温场分布较为均匀,分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系,给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。基于该方法,搭建了相应的测量装置,对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试,在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试,得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。与国外的测量结果进行了比对,结果较为一致,验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。采用此方法,不破坏样品本身的理化特性,样品加热升温速度快,测量温度范围上限高,有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性,可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度,无需另外再设计标准高温黑体,解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题,可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。     

气冷涡轮叶片传统热分析中热边界条件的影响

以MarkII气冷涡轮叶片为研究对象,考察了换热系数分布对叶片外表面温度分布的影响。首先分别以温度和换热系数实验值作为热边界条件验证了固体导热计算方法和CFD程序的有效性,然后分析了6种典型热边界条件下的叶片外表面温度分布,并与实验值进行对比。由分析结果可知:叶片外表面温度与换热系数紧密关联,经验关联式(层流、湍流)条件下预测得到的温度偏差较大,当换热系数由能考虑边界层转捩影响的CFD计算得到时,预测得到的温度与实验值较为接近。     

Three-dimensional thermoacoustic theory for stratified media in a cylindrical photoacoustic cell

We present a method for the computation of temperature distribution in samples with a stratified structure provided the layers are perpendicular to the axis of a cylindrical photoacoustic cell and the interfaces of layers are motionless. We have modified the so-called matrix method which is frequently used in geophysics for computations of wave fields in stratified media. This method enables us to express explicitly the temperature distribution in the form of multiplication and addition of matrices which are made of constants characterizing physical properties of the medium. We have demonstrated numerically the utilization of this matrix method on two simple examples: the absorption saturation of one layer with a variable coefficient of absorption and the interference of two heat waves from different layers.     

Thermal diffusivity measurements of spherical samples using active infrared thermography

This work presents a method for measuring the thermal diffusivity of spherical samples using active infrared thermography. The principal novelty of this method lies in the deduction of an analytical model to obtain the spatial and temporal distribution of temperature in spherical samples. The model is obtained from the classical theory of heat conduction or the 3D heat diffusion equation. In order to analyze the behavior of the model, an active infrared thermography is used in order to monitor the spatial and temporal temperature distribution. Three different materials are used as spherical samples and they are heated by radiation increasing this way its temperature. The recorded data is fitted to the model by adjusting the diffusivity parameter. The results of the diffusivity values obtained using this model are consistent with those obtained from a standard thermal properties analyzer.     

Eigenschaften und Parameterabhängigkeit der Temperaturverteilung und der Charakteristik eines zylindersymmetrischen Stickstoffbogens

The purpose of this work is to examine the properties and dependence upon parameters of the temperature distribution, and to ascertain the characteristic of a stationary, cylindersymmetrical nitrogen arc with negligible convection. Proceeding from the local balance of energy (the Elenbaas-Heller differential equation), the article makes known a process designed to determine the axial field strength in the arc discharge tube explicity with the aid of the boundary conditions of the temperature and the material functions. To this end, the differential equation is converted to a nonlinear integral equation. This equation can then, provided that the material functions are known and the parameters — radius of discharge tube, axis temperature, wall temperature — are established, be solved either numerically or graphically by a method analogous with the Picard's method of successive approximations. The numerical results, parameter limitations, and assumptions concerning material functions, enable the graphic and analytical relationship between temperature distribution and characteristic to be ascertained within a predetermined range of parameters. Thus we are enabled to interpret and theoretically record a few empirical beginnings and laws.