Физическое и математическое моделирование теплового излучения пространственного излучателя

• Автор: Евдокимов, Илья Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Список сокращений
Введение
1 Тепловая модель сложного излучателя
1.1 Моделирование теплообмена методами ВГД
1.1.1 Основные уравнения. Система уравнений Навье-Стокса
1.1.2 Моделирование турбулентных течений
1.1.3 Описание математической модели
1.2 Результаты газодинамических расчётов
1.3 Результаты расчёта теплообмена. Влияние дискретизации при-
стеночного слоя
1.4 Экспериментальная проверка тепловой модели
1.5 Оценка влияния излучения на тепловое состояние наружной
стенки
1.5.1 Сравнение вариантов расчётных моделей
1.5.2 Сравнение расчётных результатов, данных термометрирова-
ния и термографирования
2 Пространственное распределение ИК-излучения сложного излучателя
2.1 Основные энергетические характеристики ИК-излучения
2.2 Температурное излучение нагретых тел
2.3 Закон Планка. Излучение абсолютно чёрного тела
2.4 Испускание и отражение ИК-излучения различными типами
поверхностей
2.5 Расчёт ИК-излучения модельного излучателя
2.5.1 Базовые принципы программы расчёта излучения
2.5.2 Представление геометрических данных
2.5.3 Расчёт излучения элементарной площадки
2.5.4 Расчёт излучения ламбертовых поверхностей с учётом пе-
реотражений методом линейных уравнений
2.5.5 Апробация алгоритма расчёта на элементарных излучателях
2.5.6 Модель тарельчатого диффузного отражателя: эксперимент
и расчёт
2.5.7 Общая методика расчёта сложного излучателя
2.5.8 Погрешности расчёта, связанные с качеством фасеточной
поверхности
3 Экспериментальное исследование ИК-излучения ТС-21
3.1 Исследование тепловизором РЫБ Б
3.1.1 Тепловизионные измерения
3.1.2 Модель АЧТ
3.1.3 Обработка результатов термографирования модели АЧТ
3.1.4 Выводы по термографированию модели АЧТ

3.2 Методика радиометрических измерений с помощью тепловизора
3.2.1 Оптические параметры тепловизора
3.2.2 Схема и алгоритм эксперимента
3.2.3 Обработка результатов эксперимента
3.3 Методика измерения излучения при помощи спектрофотомет-
ра ИКС-
3.3.1 Описание экспериментального стенда
3.3.2 Оптическая система глобара
3.3.3 Определение истинной температуры глобара
3.3.4 Определение поправочного коэффициента, учитывающего
зашумлённую часть спектра
3.3.5 Оптическая зеркальная система исследуемого излучателя .
3.3.6 Предварительная обработка экспериментальных данных
3.3.7 Методика измерений спектральной интенсивности излучения
3.3.8 Анализ погрешностей эксперимента
3.3.9 Анализ расчётно-экспериментальных данных
Заключение
Литература
Список сокращений
Л длина волны излучения, мкм
/ сила излучения, Вт/ср L энергетическая яркость, Вт/м2 • ср
М энергетическая светимость, Вт/м
RANS Моделирование на базе осреднённых уравнений Рейнольдса (Reynolds Averaging based Numerical Simulations)
BRDF Bidirectional Reflectance Distribution Function
АД авиационный двигатель
АЧТ абсолютно чёрное тело
ГСН головка самонаведения
ДФО двухлучевая функция отражения
ИК инфракрасное излучение

ние порядка 12% (интегральный тепловой поток пропорционален четвёртой степени температуры, т.е. 1,034 = 1,1255). Различия между сеткой с tetra- и Ьеха-элементами, как показали расчёты, не являются столь значительными. Разность температур при сравнении расчётов на сетке 2 и сетке 4 (см. таблицу 1.2) практически одинакова по всей поверхности сопла и не превышает 10° или 1-2%.
1.4 Экспериментальная проверка тепловой модели
Для экспериментальной проверки данных численного моделирования теплообмена был применён метод термографирования. Съёмка двигателя производилась на расстоянии 2 м, так как полученные данные должны были не только служить экспериментальной проверке тепловой модели, но и применялись для вычисления суммарного потока излучения при данном угле визирования.
Несмотря на то, что точное определение степени черноты в технике тепловизионной съёмки занимает ключевое положение, при ограниченных возможностях, допустимо назначать степень черноты материала экспертным образом, исходя из марки материала, состояния излучающей поверхности и температуры. Недостатком этого метода является его недостаточная строгость.
При назначении степени черноты использовалось, во-первых, руководство [42], поставляемое вместе с тепловизором, во-вторых, справочник [40], данные из которого приведены на рис. 9. Материал сопла — жаропрочный сплав Х18Н10. В диапазоне длинных волн 8-14 мкм в [42] отсутствуют данные для окисленной нержавеющей стали при температуре примерно 600 С. Для обработанной песком нержавеющей стали при 700 С интегральная по спектру степень черноты равна 0.7, для сплава 8% никеля, 18% хрома при 500 С — 0,35. По сравнению с [42], данные [40]