半透明介质中辐射传递方程的反演计算及数值模拟

本文介绍了一侧为半透明、另一侧为非透明界面时一维半透明介质的辐射强度计算式。采用辐射与导热复合换热模型计算半透明介质内温度场。利用已知的温度场求半透明介质的辐射强度一正问题计算。将此辐射强度代入辐射反问题计算模型，引入测量误差，采用Ｃｈａｈｉｎｅ方法及演半透明介质内温度场一反问题计算。数值模拟表明，本文所采用的辐射反演法具有较高的精度及稳定性。     

半透明梯度折射率介质内辐射熵传递方程及其数值模拟

在非相干辐射条件下,基于Planck光谱辐射熵强度定义,导出半透明梯度折射率介质内光谱辐射熵传递方程,以及局部辐射熵产率理论表达式.基于离散坐标法对辐射熵传递方程进行数值求解.以一维半透明梯度介质平板为例,对辐射熵方程及其算法进行验证.平板整体无因次辐射熵产的计算结果与宏观热力学定律的结果一致.     

非均匀介质红外辐射传输模型

本文建立镜反射不透明表面下,非均匀光学物性纯吸收性介质内的红外辐射传输模型.红外辐射在折射率连续变化的介质内沿曲线传输.将非均匀介质沿厚度方向离散成n个物性均匀的等温微层,每个微层内辐射沿直线传播,光滑曲线传输路径即离散成首尾相连的折线系列.采用多层辐射传输模型,利用射线踪迹法建立非均匀介质内的红外辐射传输模型.在多层模型中,相邻两微层间的界面引入折射/全反射判据,避免了界面处的积分奇异现象和原本不存在的界面反射现象.     

半透明介质相变中的辐射变物性问题

半透明介质相变传热在许多工程领域引起关注,其实质是变物性条件下伴随相变的辐射-导热瞬态耦合传热问题,其难点在于相变过程中的辐射变物性问题,尤其是折射率的时空演变问题.本文首次研究相变过程中的变折射率问题.假设相变介质存在固相-糊状-液相区,固/糊界面、液/糊界面假定为半透明漫反射.采用多层辐射传递模型模拟相变介质内的辐...     

基于球谐函数法的气溶胶辐射强迫分析

本文针对气溶胶的辐射强迫效应开展了数值方法研究。建立了基于球谐函数法的多层半透明介质辐射计算模型。并与射线踪迹-节点分析法的计算结果进行了对比验证。最后,我们使用该模型分析了北京地区的大气气溶胶辐射强迫。结果显示,本文计算出的结果与AERONET的气溶胶光学厚度有很好的关联性。     

蒙特卡罗模拟中三维介质辐射对称性检验

蒙特卡罗方法是数值模拟中一个很常用的计算方法,应用范围很广泛,并常常作为数值仿真算法的基准.概率模型和伪随机数发生器是蒙特卡罗法中两个很重要的组成部分,它们决定了蒙特卡罗法的正确性和计算精度.本文提出了一种比较充分的检验方法-三维介质辐射对称性检验法,它可在不同条件下对各种伪随机数程序进行无限制的检验,在更精细的层次上区分伪随机数发生器的优劣,同时还可检验概率模型的正确性.     

圆筒形半透明介质内非稳态复合导热与辐射的研究

本文研究细长电加热体在圆筒形半透明介质中的温度响应，通过对控制非稳态导热与辐射复合传热过程的积分-微分方程直接进行数值求解，分析了热辐射对内部径向热流及温度变化的影响．模拟计算结果对热线法测量半透明介质导热系数的研究具有理论指导意义。     

随机介质中的矢量辐射传输理论

本文讨论了极化电磁波在随机介质中多次散射，传输和热辐射的斯托克斯矢量的辐射传输理论。其中包括随机分布离散的球形和非球形粒子的矢量辐射传输方程，离散坐标——特征分析法，付利叶变换，迭代法等数值解。讨论了非球形粒子的穆勒矩阵。并研究了密集分布的散射粒子介质的辐射传输理论，考虑了密集粒子散射的相干性，计算了有效传播常数。理论及数值结果与实验用了很好的比较。     

蒙特卡罗方法对各向异性介质辐射特性的模拟

本文提出一种计算含微粒半透明介质辐射特性的蒙特卡罗方法，考虑了微粒群的独立多次散射，直接用米氏相函数考虑微粒的各向异性性质，计算了含微粒层的双向反射率与双向透射率。与实验数据和离散座标法的计算结果比较，吻合良好。     

红外测温新技术

通过介绍红外辐射的一般性质和红外测温新技术说明黑体辐射定律的具体应用     

红外测温

 一、红外测温的理论基础我们知道,自然界的一切物体都不断地辐射着红外线,它是由物质内部分子或原子的能级发生跃迁时产生的电磁辐射。随着人们对光学研究的深入,建立了基本的辐射定律,为红外科学奠定了理论基础,红外测温成为应用的一个重要方面。红外测温是辐射式测温的一种,是利用物体的热辐射来测量物体温度的。红外辐射的基本定律是斯忒藩、玻尔兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想模型,它能吸收全部入射的辐射而没有反射,是计算热辐射理论最简单的情况。辐射定律就是根据黑体研究出来的。     

表面辐射测温方法的设计原理

讨论了表面辐射测温方法的设计中所包含的几个基本问题:辐射的光谱和方向复杂性问题、光学设计问题以及电路设计问题,给出了具有普适意义的辐射测温基本分析式。比较了绝对辐射测温方法和相对辐射测温方法,指出前者须做标定,并且不宜进行温度场测量;后者无须标定,适合于温度场测量。     

双向蒙特卡罗法模拟参与性介质中的辐射换热

双向蒙特卡罗法继承了正向蒙特卡罗法和反向蒙特卡罗法两种方法的优势,不仅可以解决各种各向异性散射问题,还能简易直接地解决辐射能量的方向性和定位置问题。为了验证双向蒙特卡罗法模拟热辐射传递,与文献中其它方法计算结果进行了比较。最后,利用双向蒙特卡罗法模拟计算圆柱形参与性介质中的辐射换热。     

空间目标红外双波段成像测温

作为空间目标与地基望远镜红外成像终端间不确知参量之一的地球热辐射,会降低传统双波段比色测温法正向求解准确度.为了提高目标温度估计的准确度,建立了基于红外探测器测量电子数的评价函数,得到了求解最大似然函数的温度反向求解模型;推导了双波段比色测温法的温度正向求解模型,进行了两种测温方法的仿真实验与比较分析.结果表明:目标温度反演准确度与成像探测器信噪比、地球热辐射估算准确度以及波段之间的发射率差异有着紧密的关系;当信噪比较低时,双波段比色测温法会陷入无解区域;当信噪比较高时,双波段比色测温法与最大似然函数法反演温度准确度相当;最大似然函数法采用有约束与有限内存的拟牛顿优化算法可有效避免目标函数陷入局部最小值;最大似然函数法具有很强的抗噪音干扰能力,能扩大目标温度求解的范围,并具有较高的准确度;在保证信噪比的情况下,增加成像波段数目可以提高温度反演准确度.     

星载多波段红外光学系统的杂散辐射分析

引入反向蒙特卡罗法与双向蒙特卡罗法对红外光学系统的杂散辐射进行分析,基于光谱辐射传递因子导出了焦平面辐射能流计算式.以某星载多波段红外光学系统为例,在检验计算可靠性的基础上,模拟了各波段辐射能从地球背景和光机内壁面到焦平面的传播过程,分析了壁面吸收率与温度的影响.结果表明,采用双向蒙特卡罗法可有效地模拟辐射能从地球向星载光学系统焦平面的传播过程,采用反向蒙特卡罗法可容易地分析光机内部热辐射的影响;光机内壁面吸收率对视场外杂散辐射的传播有很大影响,温度高于250 K的光机内壁面热辐射成为主要的杂散光源.     

加载异向介质非辐射介质波导中的慢波传输及应用

将开口谐振环作为加载单元,分析了含有开口谐振环结构非辐射介质波导的新型传输特性.由于异向介质的双各向异性效应,纵剖面磁波型和纵剖面电波型在此新型非辐射介质波导中的传输速度能够减慢,甚至达到零速度.对于波导中的能量关系也进行了分析,研究表明,在一定情况下,慢波传输将引起功率流动的增强.这些特性使得此新型非辐射介质波导更能满足小型化的设计要求. 关键词： 开口谐振环 异向介质 非辐射介质波导 慢波传输     

在低密度介质中的辐射传输实验

辐射在介质中的传输方程是十分复杂的，即使用数值求解也十分困难，由于吸收和发射系数与辐射场互相耦合，所以解辐射传输方程和速率方程需要迭代才行。在一些近似条件下，可以使问题简化，如果等离子体是光性厚的，那么扩散近似条件是实用的。另外当辐射传播速度比声速大得多的时候，物质来不及运动，物质中的压力也来不及拉平，而热量是沿着不动的物质流散的，辐射可以近似为在密度不随时间改变的介质中的传输。所以如果辐射在光性厚等离子体中的传输时，传输问题可以大为简化。     

中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟

为了建立完整的星载高分辨率中红外成像模拟系统,并为航天器载荷设计等相关工作提供有力参考,需要对大气辐射传输这一环节进行重点考虑,设计出切实可行,精度较高的大气辐射传输数值成像模拟方法。针对中红外大气辐射传输具有大气散射和自身发射的特性,将整个大气辐射传输过程进行了合理分解,并利用MODTRAN4对各辐射分量进行求解,以查找表方式实现了大气辐射传输成像模拟。此外,针对大气散射导致的邻近效应进行了分析,将原有PSF模型扩展至中红外波段,并与大气辐射传输解析模型相互耦合共同完成模拟成像。最后对模型进行了初步验证和成像模拟,结果表明：模型具有较好的模拟精度,通过给定观测几何和大气条件,并根据地表输入的温度和发射率等,实现逐像元的大气辐射传输计算。