[發(fā)明專利]一種艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710193187.5
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106886662A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林娟;吳開峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 北京君恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及艦船紅外輻射特性的計算技術(shù)，特別涉及一種考慮后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代艦船一般以燃?xì)廨啓C(jī)或大型柴油機(jī)為動力裝置，其動力系統(tǒng)的高溫排氣羽流比周圍環(huán)境要高出很多，使得艦船的高溫排氣羽流的紅外輻射在艦船整體的紅外輻射中占有較大份額。艦船的動力主要來源于燃料的燃燒，通過化學(xué)反應(yīng)釋放的能量為推進(jìn)系統(tǒng)提供動力，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物通過煙囪排放到大氣中。排氣羽流中未完全燃燒的高溫氣體排出煙囪后，將與從空氣中卷入的氧氣發(fā)生二次燃燒，從而將提高排氣羽流的溫度，進(jìn)而增大排氣羽流的紅外輻射強(qiáng)度。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中針對艦船目標(biāo)紅外特性的研究主要集中在艦船本體的紅外特性的研究上，而對艦船煙囪的熱排氣羽流的紅外特性的研究見之甚少，而且也未研究過后燃反應(yīng)對排氣羽流的紅外輻射特性的影響。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法，從而可以提高艦船的紅外輻射特性的計算精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：

一種艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法，該方法包括：

建立基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的流場分布模型；

使用窄譜帶模型和C-G近似法計算氣體的輻射特性；

建立排氣流場氣體輻射傳輸計算模型，進(jìn)行基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算。

較佳的，所述建立基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的流場分布模型包括：

建立位于艦船表面的煙囪部分及其排氣羽流計算區(qū)域的3D幾何模型，并對所述3D幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

根據(jù)網(wǎng)格劃分后的3D幾何模型，在流場能量守恒方程中加入后燃反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)源項，進(jìn)行數(shù)值計算后得到排氣羽流的3D流場分布，并建立基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的流場分布模型；

較佳的，所述進(jìn)行數(shù)值計算后得到排氣羽流的3D流場分布包括：

基于CFD數(shù)值計算方法，通過數(shù)值計算得到排氣羽流的3D流場分布。

較佳的，通過如下的公式計算得到輻射氣體的平均透過率

其中，為平均透過率，x為分子的摩爾百分?jǐn)?shù)，p為氣體總的壓強(qiáng)，l為行程長度，和分別為譜帶內(nèi)平均吸收系數(shù)。

較佳的，所述排氣流場氣體輻射傳輸計算模型中的輻射傳輸方程為：

其中，I_λ(s,v)是沿傳輸方向v、在空間位置s處、波長為λ的光譜輻射強(qiáng)度，α_λ(s)是介質(zhì)的光譜吸收系數(shù)，I_bλ(s)為黑體光譜輻射強(qiáng)度。

如上可見，在本發(fā)明中的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法中，由于建立了基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的流場分布模型，并使用窄譜帶模型和C-G近似法計算氣體的輻射特性，建立了排氣流場氣體輻射傳輸計算模型，因此可以進(jìn)行考慮了后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算，以得到最終的艦船的紅外輻射特性。通過使用上述的方法，可以定量研究后燃反應(yīng)對排氣羽流紅外輻射影響的程度，由于后燃反應(yīng)大大增強(qiáng)了排氣羽流紅外輻射，因此可以提高艦船的紅外輻射特性的計算精度，解決現(xiàn)有技術(shù)中未考慮后燃反應(yīng)的艦船熱排氣羽流的紅外特性計算的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的艦船的煙囪及排氣羽流的3D幾何模型及剖面網(wǎng)格示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中的排氣羽流的溫度和密度的流場計算結(jié)果示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例中的未加后燃反應(yīng)以及加入后燃反應(yīng)的輻射亮度分布示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中的未加后燃反應(yīng)與加入后燃反應(yīng)的光譜輻射強(qiáng)度對比示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實施例提供了一種艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法。

圖1為本發(fā)明實施例中的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法的流程示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例中的艦船排氣羽流的紅外輻射特性的計算方法主要包括如下所述的步驟：

步驟11，建立基于后燃反應(yīng)的艦船排氣羽流的流場分布模型。