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稀薄环境下高空羽流流动与超窄谱红外辐射特性数值研究

Numerical study of flow and ultra narrow spectrum infrared radiation characteristics of high-altitude plume under thin atmosphere

作     者:包醒东 余西龙 吴杰 毛宏霞 王振华 肖志河 Bao Xingdong;Yu Xilong;Wu Jie;Mao Hongxia;Wang Zhenhua;Xiao Zhihe

作者机构:中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 光学辐射重点实验室北京100854 

出 版 物:《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期:2020年第49卷第S1期

页      面:117-127页

核心收录:

学科分类:0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术(可授工学、理学学位)] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0702[理学-物理学] 

基  金:国家自然科学基金(11872368) 

主  题:高空羽流 直接模拟蒙特卡洛方法 反向蒙特卡洛方法 红外辐射 

摘      要:采用直接模拟蒙特卡洛方法描述有限个仿真分子的运动、碰撞以及传能效应,计算得到高空羽流非平衡流场特性,利用统计平均方法获取羽流场的宏观参数,并采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽,逐线积分得到气体超窄谱红外辐射特性参数,结合反向蒙特卡洛方法计算高空羽流辐射传输方程,利用理论和实验数据验证流动与辐射计算模型的适用性,在此基础上,以某小推力发动机为对象,研究了其流动与超窄谱的红外辐射特性。研究结果表明:高空羽流场由于急剧膨胀,导致密度快速下降,进而产生明显非平衡效应;燃气组分受速度惯性影响,不同分子量的组分会有扩散分离效应;燃气组分谱线细而窄,以多普勒展宽为主,辐射峰值往中波平移,且4.7μm的CO及6.5μm的H2O发射带辐射能量占有更大份额;辐射亮度轴向分布集中在二倍喷管直径距离内,辐射亮度径向分布集中于分离波线以内的激波区内及内流区,其他区域成指数衰减。

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