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。     

Two-dimensional thermal illusion device with arbitrary shape based on complementary media

On the basis of transformation thermodynamics and compensation medium theory, we develop a method to design a two-dimensional thermal illusion device with arbitrary shape, and the general expression of thermal conductivity in the each region is obtained. Simulation results show that when an object is covered with the thermal illusion device, it will accurately perform the same temperature distribution signature as another object we have predetermined. Owing to the property of deceiving and interfering with the observer, the thermal illusion device can achieve generalized thermal stealth by using thermal metamaterials, which may have a potential application in military field.     

基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验

针对利用传统数字粒子图像测速（DPIV）法测量水雾粒径时粒子影像拉长对测试结果的影响,提出了基于DPIV建立的改进图像法（IIM）。设计了水雾粒径测量试验系统,对细水雾进行实时测试,并对比了采用本文算法与直接等效法测试水雾粒径子半径的差异。结果表明：采用本文的IIM得到的测试结果更为准确。通过最小二乘法对粒径分布进行拟合,发现对数正态分布函数和威布尔函数都可以较好地描述粒径分布。     

水雾红外隐身的冷/热目标效应

人工水雾对抗红外成像制导导弹时,会因为蒸发对流强、辐射热流弱而使水雾形成冷目标;也可能因为辐射热流过强、散热弱而形成热目标。为详细揭示该现象,以Mie理论为基础,通过辐射传递方程和能量守恒方程的耦合计算,建立了水雾红外隐身产生冷目标或热目标效应的数学模型。应用蒙特卡洛法与本文算法作对比,验证了模型的正确性;将水雾视为吸收、发射、各向异性散射介质,考虑水雾自身辐射、多重散射和各种换热过程,比如辐射热流、两相流的热传导、热对流、紊流热扩散以及雾滴蒸发等,反映了水雾热遮蔽所产生的冷/热目标效应。     

基于变换热力学的三维任意形状热斗篷设计

在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法,推导出三维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并进行了全波仿真验证.结果表明:热流均能绕过保护区域流出,保护区域的温度保持不变,而且热斗篷外的温度场并没有破坏,具有很好的热保护和热隐身的效果.这一方法把变换热力学从二维拓展到三维,具有普遍的适用性.同时,这种技术为热流流动路径和目标温度场的控制奠定了理论基础,在微芯片、电动机的保护以及目标热隐身上有潜在应用.     

非均匀背景中任意柱状热斗篷的研究与设计

在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法严格推导出在层状背景和渐变背景下二维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并在此基础上设计出非均匀背景下二维非共形热斗篷.全波仿真结果表明:在不同背景下,热流均能绕过保护区域流出,保护区域的温度保持不变,而且热斗篷外的温度场并没有破坏,具有很好的热保护和热隐身的效果.这一方法考虑到背景的复杂性,更加贴近工程实际应用,为未来灵活控制热流传递提供了一种可行的方法,对目标热隐身和热保护具有重要借鉴意义.     

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。