细水雾热遮蔽能力的建模评估及系统优化设计研究

批准号:
11504426
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
杜永成
依托单位:
学科分类:
A2210.与光学有关的交叉领域
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨立、寇蔚、陈林、夏舸、王星宇、王烨、荆从凯
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中文摘要
将细水雾以幕状形式遮蔽衰减热源(如火灾火焰、军事目标热排放等)红外辐射的传输,达到控制火灾蔓延、军事目标红外隐身等目的,是细水雾技术利用的新领域。细水雾热遮蔽过程的多场耦合特性及热遮蔽系统的优化设计问题尚未得到有效解决,缺乏理论层面的机理解释与模型分析,亦没有明确的系统优化和主动的顶层设计。本项目拟围绕这一科学问题,综合运用传热传质学、计算热辐射学、光散射学、光谱学等相关理论建立细水雾热遮蔽过程的综合计算模型,全面考虑热遮蔽过程中各种传热传质现象、雾滴和吸收性气体的浓度分布、环境条件、喷雾模式等因素,准确评估细水雾的热遮蔽能力。基于综合模型的分析计算和实验研究,对热遮蔽过程进行优化设计,指导建立高效的热遮蔽系统。
英文摘要
It’s a new field using the fine water sprays as a shielding curtain to attenuate the infrared radiative transfer of heat source, for the goal of controlling the spreading of fire and infrared stealth of military targets. The problems of sprays thermal shielding process such as multi-field coupling characteristics and thermal shielding system optimization design and so on have not been effectively resolved, lacking mechanism explanation and shielding abilities assessment on the theoretical level. Also, there are not explicit system optimization model and active top-level design. For the key scientific problems, this project intends to establish a comprehensive calculation model for the thermal shielding process , integrally using theories of heat and mass transfer, calculation of thermal radiation science, light scattering science, spectroscopy and so on. With the model, the heat and mass transfer phenomena, the concentration distribution of droplets and absorbing gas, environmental conditions, spray patterns and so on are all considered , for the purpose of accurately evaluating thermal shielding abilities. Based on the analysis and calculation of integrated model, the process of thermal shielding will be optimized designed, and an efficient thermal shielding system will be established.
将细水雾以幕状形式遮蔽衰减热源(如火灾火焰、军事目标热排放等)红外辐射的传输,达到控制火灾蔓延、军事目标红外隐身等目的,是细水雾技术利用的新领域。本项目围绕这一科学问题展开理论和实验研究,并取得以下研究成果:.首先,以美国斯普瑞公司的喷嘴产品组成喷嘴阵列作为雾状幕的产生终端,搭建系统,研究了细水雾衰减目标热辐射的实际过程,分析了影响细水雾热遮蔽效果的内、外部因素;理论研究方面,为提高在火灾防护中细水雾遮蔽衰减热辐射的计算效率,建立了多分散细水雾1-20微米辐射特性参数数据库,并提出了辐射特性参数采用数据库调用、解辐射传递方程采用谱带-灰体模型相结合的方法,提高了参与性介质辐射换热的计算效率; 针对细水雾热遮蔽过程的复杂传热传质现象,建立了热辐射、热对流、热扩散、雾滴蒸发等瞬态换热过程的耦合计算模型,编制了计算程序,验证了方法的准确性;计算证明,该方法可更好的评估细水雾的热遮蔽能力;综合考虑雾滴动力学和光学特性,运用拉格朗日模型和Mie散射理论,分析了细水雾的热遮蔽能力及雾滴最佳消光粒径问题;定义了一个新的参数作为评价运动雾滴热遮蔽能力指标(称为“热遮蔽指数”),该指标考察了运动雾滴在整个寿命期内的消光贡献;基于热遮蔽指数优化得到的最佳消光粒径远大于基于光学特性的得到的最佳消光粒径;针对细水雾遮蔽壁面红外成像测温不准的问题,提出配合使用红外热像仪和黑体炉,通过反馈调节确定红外热像仪中的大气透射率参数完成对待测目标的准确的红外成像测温。该方法可准确测定弥散介质遮蔽表面的温度。本项目的研究成果,对敏感目标的热防护及大型水面军事目标的热隐身均有参考意义。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Fast calculating method for radiative transfer shielding by polydispersed and anisotropic scattering water sprays
多分散各向异性散射水喷雾辐射传输屏蔽的快速计算方法
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Optik- International Journal for Light and Electron Optics
影响因子:--
作者:Wang Chuan;Du Yongcheng
通讯作者:Du Yongcheng
DOI:--
发表时间:2017
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:夏舸;杨立;寇蔚;杜永成
通讯作者:杜永成
DOI:--
发表时间:2017
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:夏舸;杨立;寇蔚;杜永成
通讯作者:杜永成
DOI:--
发表时间:2018
期刊:激光与光电子学进展
影响因子:--
作者:王平;杨立;寇蔚;金方圆;杜永成
通讯作者:杜永成
Two-dimensional thermal illusion device with arbitrary shape based on complementary media
基于互补介质的任意形状二维热错觉装置
DOI:10.1088/1674-1056/26/10/104403
发表时间:2017-09
期刊:Chinese Physics B, 2017, 26(10): 104403
影响因子:--
作者:Xia Ge;Yang Li;Kou Wei;Du Yongcheng
通讯作者:Du Yongcheng
分层切变流体中动量源诱导尾迹自由液面热特征演化机理及参数化表征研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:杜永成
- 依托单位:
国内基金
海外基金
