高温燃气辐射合并宽窄谱带K分布模型

论文摘要

高温燃气辐射是诸多燃烧化石燃料系统涉及的一个重要问题,如炉膛、发动机燃烧室及喷管、燃气轮机热性能分析,发动机喷焰红外信号探测等。对于不同的应用目的,高温气体辐射研究目的有所不同,热分析与热设计关心的是总的辐射换热量,而红外热源探测关心的是某些特定谱带的辐射信号。无论辐射信号还是辐射换热量计算都需要在全光谱范围内辐射传输方程与能量方程的耦合求解,然后获得相应的光谱辐射能量分布或者辐射换热量。在耦合过程中,一个难题是光谱选择性处理方法和计算效率的协调问题。因此,准确而有效的真实气体辐射模型对于诸多的应用和研究领域是非常重要的。本文提出了一种新的基于SNBCK模型基础上的合并宽窄谱带K分布模型—CWNBCK,对于重要谱带、谱带重叠严重的区域以及需要知道详细的光谱数据的谱带,采用SNBCK模型,能够满足其计算精度;而对于其他的谱带以及只需要知道总的辐射换热量的谱带,采用合并后的宽带K分布模型,在满足其计算精度的基础上能够提高计算效率。本文对燃烧产物二氧化碳、水蒸气和一氧化碳气体辐射特性进行了模拟分析,分别对单一气体等温、非等温,混合气体等温、非等温情况进行了模拟,采用了HITEMP、EM2C和NASA3080数据库进行对比分析。并且考虑了合并后谱带宽度对该模型的影响,温度及浓度发生阶跃性变化的影响,以及重叠谱带处理方法的影响。同时对单一气体、混合气体以及气体与粒子混合物进行了辐射换热的计算。结论表明:本文提出的合并宽窄谱带K分布模型,对燃烧产物二氧化碳、水蒸气和一氧化碳气体模拟结果与实验值和逐线法进行比较,在满足计算精度的基础上提高了计算效率。通过算例验证表明该模型至少能够达到SNBCK模型的计算精度,但是比SNBCK模型大大的提高了计算速度。而且辐射信号与辐射换热量的计算均基于相同窄带库,方便了计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 逐线计算模型
• 1.2.2 谱带模型
• 1.2.3 总体模型
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 合并宽窄谱带K分布模型的基本原理
• 2.1 非灰气体辐射多尺度分析的基本原理
• 2.2 K分布模型基本思想
• 2.3 合并宽窄谱带K分布模型（CWNBCK）计算原理
• 2.4 混合谱带处理方法
• 2.4.1 关联方法
• 2.4.2 非关联方法
• 2.5 模型验证
• 2.5.1 单一气体层光谱辐射特性验证
• 2.5.2 混合气体层光谱辐射特性验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 CWNBCK模型影响因素以及适用性分析
• 3.1 引言
• 3.2 普朗克修正
• 3.3 CWNBCK在合并后谱带宽度不同情况下适用性分析
• 3.4 CWNBCK在温度及浓度阶跃性变化时适用性分析
• 3.4.1 CWNBCK在浓度阶跃变化时适用性分析
• 3.4.2 CWNBCK在温度阶跃变化时适用性分析
• 3.5 重叠谱带处理方法的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于CWNBCK模型的一维辐射换热分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于CWNBCK模型的辐射传递方程
• 4.3 单一气体内的辐射换热计算
• 4.4 混合气体内的辐射换热计算
• 4.5 气体与粒子混合物内的辐射换热计算
• 4.5.1 气体与粒子辐射特性处理
• 4.5.2 气体与粒子混合物内辐射换热计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢