基于辐照加热的多孔材料辐射特性测量方法研究

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多孔材料是热辐射领域中常见的耐高温介质,因其具有低密度、耐腐蚀、制造成本低等优点,在航空航天、武器制造、能源化工等领域均有重要应用。特别是对材料的光谱辐射特性研究,能够提供具体的测量方法,对相关领域的热辐射传输具有重要意义。本文以多孔氧化铝陶瓷泡沫材料为研究对象,针对其光谱辐射特性参数的测量方法展开了研究。采用仿真软件对多孔材料光谱辐射特性测量装置的光热特性进行了仿真设计。该测量装置采用三个氙灯光源构成的太阳能聚集模拟器作为加热系统,首先分析计算了满足高斯分布的单个氙灯光源照射下的平面辐射热流密度分布,进而结合遗传算法和数学中的坐标平移变化理论,计算得到三个氙灯光源非共焦照射下的平面辐射热流密度分布。在此基础上,采用Fluent仿真软件对多孔材料辐射特性测量装置进行设计分析,讨论了样品非照射面开设不同直径的探测孔时表面的径向温度分布及整体轴向温度分布情况,并分析了保温层有无、材料发射率大小等因素对温度分布的影响。根据发射法原理,分析受热面在定温边界条件下,材料采用不同分层数目时,其受热面、出口面的当量发射率变化情况,并分析了当量发射率随材料厚度、光谱波段等因素的变化情况。基于太阳能聚集模拟器的非共焦分频加热方式,搭建了多孔材料表观辐射特性测量装置,对不同孔密度下的多孔氧化铝陶瓷泡沫的当量发射率进行了测量。根据双温法由标准黑体炉对傅里叶变换红外光谱仪进行标定,获得其光谱响应函数和环境辐射参数,并进一步计算获得样品的当量发射率,拟合得到不同波段下当量发射率随温度的变化关联式。基于遗传算法提出了多孔氧化铝泡沫材料的介质辐射特性参数反演方法,经验证,该方法理论上可以获得不同温度下的辐射特性参数。
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