基于Monte Carlo方法的黑体空腔辐射特性研究

论文摘要

黑体空腔常作为标准黑体辐射源应用于红外辐射温度计的标定、光谱的测量以及高温辐射温度计中。表征黑体空腔辐射特性的发射率测量困难,一般采用计算的方法,传统的研究方法多基于纯漫射,未考虑镜反射,因此需要研究一种能够计算镜漫反射的方法。本文主要研究基于Monte Carlo法的黑体空腔辐射特性,充分考虑到了空腔壁面的镜漫反射,为黑体空腔发射率计算和研究提供一种数值研究算法。主要研究如下：（1）针对黑体空腔表面辐射特性,建立了基于Monte Carlo方法的黑体空腔辐射模型和计算模型,并考虑了计算过程中的随机数检验。首先建立了黑体空腔辐射辐射模型,包括发射模型、反射模型和吸收模型等,建立了Monte Carlo方法计算黑体空腔发射率实施方案的步骤及光线追踪方法。Monte Carlo法中用到了大量的随机数,本文讨论了随机数性能的三种检验方法：参数检验、均匀性检验和独立性检验,并讨论了随机数的选择。（2）针对Monte Carlo法计算黑体空腔发射率的准确性,本文将其结果与文献给出的结果做了对比。等温情况下,计算的有效发射率偏差小于0.0005,在等温和线性不等温系数为0.01和-0.01时积分发射率偏差小于0.0005。从而证明了Monte Carlo方法计算黑体空腔发射率的正确性。（3）黑体空腔的形状和物性参数是影响空腔发射率的主要因素,本文计算和分析了等温情况下空腔形状和物性参数对黑体空腔发射率的影响。针对空腔的不等温性,计算和分析了黑体空腔发射率随波长的变化关系。并且实测了黑体空腔温度分布,分析了实际黑体空腔温度分布下的辐射特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 黑体空腔理论研究
• 2.1 黑体空腔辐射概念
• 2.2 黑体辐射换热
• 2.2.1 贝兰特定律
• 2.2.2 基尔霍夫定律
• 2.2.3 黑体辐射换热原理
• 2.3 黑体空腔理论方法
• 2.3.1 多次反射率理论
• 2.3.2 积分方程理论
• 2.3.3 Monte Carlo理论
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于Monte Carlo方法黑体空腔模型建立
• 3.1 基于Monte Carlo法的黑体空腔辐射模型建立
• 3.2 黑体空腔发射率的Monte Carlo法计算模型
• 3.2.1 Monte Carlo法计算黑体空腔发射率的步骤
• 3.2.2 光束追踪过程的求解
• 3.3 Monte Carlo法模型中的随机数
• 3.3.1 伪随机数的产生
• 3.3.2 伪随机数的检验
• 3.4 本章小结
• 第4章 等温黑体空腔辐射特性研究
• 4.1 影响Monte Carlo方法精度的因素研究
• 4.1.1 随机数对黑体空腔发射率的影响
• 4.1.2 光线数目对Monte Carlo法收敛性的影响
• 4.1.3 光线方向处理对计算效率的影响
• 4.2 Monte Carlo法计算等温黑体空腔发射率准确性分析
• 4.2.1 Monte Carlo法计算有效发射率准确性验证
• 4.2.2 Monte Carlo法计算积分发射率准确性验证
• 4.3 等温黑体空腔的辐射特性
• 4.3.1 等温黑体空腔有效发射率分布计算结果与分析
• 4.3.2 等温黑体空腔积分发射率计算结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 不等温黑体空腔辐射特性研究
• 5.1 Monte Carlo法计算不等温黑体空腔发射率准确性分析
• 5.2 不等温黑体空腔辐射特性
• 5.2.1 不等温对黑体空腔有效发射率的影响
• 5.2.2 不等温对黑体空腔积分发射率的影响
• 5.3 实测黑体空腔辐射特性分析
• 5.3.1 实测黑体空腔温度分布
• 5.3.2 实际黑体空腔辐射特性
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢