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氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射参数反演研究

航空动力学报 2012年第11期27卷 2635-2640页

作者：国爱燕唐义白廷柱黄刚朱希娟北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854

针对氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射特性参数分析,提出一种基于紫外CCD(change coupled de-vice)相机采集的单幅辐射图像,同时反演羽烟内紫外辐射源项和吸收系数的方法.该方法将羽烟简化为发射-吸收轴对称介质,通过对辐射图像数据进行Able... 详细信息

针对氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射特性参数分析,提出一种基于紫外CCD(change coupled de-vice)相机采集的单幅辐射图像,同时反演羽烟内紫外辐射源项和吸收系数的方法.该方法将羽烟简化为发射-吸收轴对称介质,通过对辐射图像数据进行Able变换得到三维介质内辐射强度分布,利用最小二乘法将反演问题转化为使计算得到的与Abel变换得到的辐射强度误差最小的最优化问题,然后利用共轭梯度法求解该最优化问题.通过在求解正问题得到的准确值的基础上添加随机噪声,模拟辐射图像数据,分析了测量误差对算法反演精度的影响.结果表明:该算法对测量误差不敏感,能够准确的重建羽烟内的辐射源项和吸收系数分布.

关键词：羽烟辐射反问题 Abel变换共轭梯度法辐射源项吸收系数

涉及HO_2的中间反应对火箭羽流后燃流场数值模拟的影响

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推进技术 2015年第5期36卷 752-760页

作者：段然额日其太朱希娟北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 光学辐射重点实验室北京100854

针对火箭羽流的后燃现象,建立了考虑涉及中间产物HO2的基元反应的反应机理,并通过CFD方法应用此反应机理,对一个轴对称喷管模型在4个不同的飞行高度下进行数值模拟。同时,在相同的条件下,分别计算并获得了采用典型的不含HO2的反应机理... 详细信息

针对火箭羽流的后燃现象,建立了考虑涉及中间产物HO2的基元反应的反应机理,并通过CFD方法应用此反应机理,对一个轴对称喷管模型在4个不同的飞行高度下进行数值模拟。同时,在相同的条件下,分别计算并获得了采用典型的不含HO2的反应机理的后燃流场,以及采用建立在化学平衡假设基础上的反应机理的后燃流场。通过对比发现,化学平衡的假设不适合后燃流场的计算;利用包含HO2的反应机理会得到较高的羽流温度,温度差别最大可达100K,CO和CO2质量分数分布结果与其他反应机理近似,在O和OH质量分数分布上与不考虑HO2的反应机理差别很大,尤其是O的质量分数,在5~35km的飞行高度内,仅为后者的10%~73%;从而综合证明了在计算羽流后燃流场时考虑HO2是有必要的。

关键词：火箭羽流后燃反应机理 HO2

用温度修正的k-ε模型研究排气系统红外辐射特性

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航空动力学报 2013年第9期28卷 1942-1948页

作者：李喜喜额日其太朱希娟吴盟北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航天科工集团公司第二研究院光学辐射重点实验室北京100854 中国航空工业集团公司成都发动机(集团)有限公司成都610503

为研究温度修正的k-ε湍流模型对排气系统红外辐射特性计算精度的改善程度,计算了某轴对称收敛喷管在3～5μm波段的空腔-喷流组合红外辐射特性,并与试验结果对比.喷管流场及温度场采用有限体积法(FVM)求解Navier-Stokes(N-S)方程得到,... 详细信息

为研究温度修正的k-ε湍流模型对排气系统红外辐射特性计算精度的改善程度,计算了某轴对称收敛喷管在3～5μm波段的空腔-喷流组合红外辐射特性,并与试验结果对比.喷管流场及温度场采用有限体积法(FVM)求解Navier-Stokes(N-S)方程得到,湍流模型分别采用标准k-ε模型和温度修正的k-ε模型.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程,并考虑大气衰减作用.计算结果表明:温度修正的k-ε模型可有效预测排气系统热喷流的核心区长度,从而获得与试验结果一致的红外辐射强度.与标准k-ε模型相比,采用温度修正的k-ε模型计算得到的红外辐射强度的最大相对误差由64%降至了4.3%,说明温度修正的k-ε模型适用于精确模拟排气系统的红外辐射特性.

关键词：温度修正湍流模型排气系统红外辐射有限体积法

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三种典型流动状态下的喷流红外辐射特性

红外与激光工程 2013年第4期42卷 850-856页

作者：朱希娟李霞王俊刘兴润光学辐射重点实验室北京100854

计算了欠膨胀状态、设计状态和过膨胀状态三种典型流动状态下的轴对称收扩喷管在3～5μm波段的喷流红外辐射传输特性，并对三种状态的计算结果进行了分析比较。流场采用有限体积法和重整化群（RNG）k—s湍流模型求解N—s方程得到，喷流... 详细信息

计算了欠膨胀状态、设计状态和过膨胀状态三种典型流动状态下的轴对称收扩喷管在3～5μm波段的喷流红外辐射传输特性，并对三种状态的计算结果进行了分析比较。流场采用有限体积法和重整化群（RNG）k—s湍流模型求解N—s方程得到，喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到。计算结果显示：欠膨胀状态的喷流红外辐射强度最大，设计状态与过膨胀状态的喷流红外辐射依次降低，随天顶角的增大差距增大，这与喷流的流动特点有关，说明喷流流动特点的改变影响红外辐射的大小，通过控制喷流的流动可以控制喷流红外辐射强度。

关键词：典型流动状态喷流红外辐射窄带模型有限体积法

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微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

北京航空航天大学学报 2011年第4期37卷 483-486,491页

作者：朱希娟额日其太李家军王强北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模... 详细信息

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.

关键词：微射流强化混合红外辐射有限体积法

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脉冲射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

北京航空航天大学学报 2011年第5期37卷 551-555页

作者：朱希娟额日其太李家军王强北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

计算了脉冲射流强化混合喷流在3～5μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求... 详细信息

计算了脉冲射流强化混合喷流在3～5μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求解N-S方程得到.喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到.计算结果显示,在亚音速条件下,少量的射流流量(占3%的主流流量)就可以使核心区长度缩减一半以上,在天顶角90°方向探测喷流的红外辐射强度,各个方位角上都有较大衰减,与激励源垂直的平面上的衰减效果相比,与之平行的平面上的更为强烈.

关键词：脉冲射流强化混合红外辐射窄带模型有限体积法

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积分格式对窄带k-分布计算的影响

红外与激光工程 2014年第4期43卷 1255-1259页

作者：朱希娟李霞吴杰董雁冰光学辐射重点实验室北京100854

对于窄带k-分布模型,影响计算精度的关键因素是积分格式,为了研究积分格式对窄带k-分布模型的影响,选择了5种精度较高的高斯积分方法进行计算分析。首先采用Gauss-Lobatto7点积分格式窄带k-分布法计算了CO2四种条件下的窄带平均透过率,... 详细信息

对于窄带k-分布模型,影响计算精度的关键因素是积分格式,为了研究积分格式对窄带k-分布模型的影响,选择了5种精度较高的高斯积分方法进行计算分析。首先采用Gauss-Lobatto7点积分格式窄带k-分布法计算了CO2四种条件下的窄带平均透过率,并与实验结果进行对比验证,对比结果吻合良好。另外选取了4种积分方式:Gauss-Lobatto5、Gauss-Lobatto4、Gauss-Legendre 4和Gauss-Legendre2点积分,对CO2的四个算例进行计算,并将5种积分格式的计算结果与逐线计算结果进行对比分析。结果表明:Gauss-Lobatto7的精度最高,Gauss-Lobatto5和Gauss-Legendre4次之,其中Gauss-Legendre4略高于Gauss-Lobatto 5。显然相同积分方法积分点越多计算精度越高,但计算时间越长,而两种不同积分方法对比Gauss-Legendre优于Gauss-Lobatto。综合考虑精度与计算时间等因素,5种积分格式中Gausslegendre 4应该为最好的选择。

关键词：气体辐射光谱透过率积分格式窄带k-分布

激发跃迁速率对热力学非平衡氮气紫外辐射的影响

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北京航空航天大学学报 2019年第3期45卷 472-477页

作者：吴杰余西龙段然朱希娟李霞马静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

基于氮气的碰撞-辐射(CR)模型,计算了速度为6.2km/s、初始压力为133Pa的高超声速流动激波中N_2和N_2^+分子电子能级的分布情况,分析了不同激发跃迁速率模型对电子能级分布及辐射光谱模拟的影响。针对流动中热力学非平衡区域和平衡区域,... 详细信息

基于氮气的碰撞-辐射(CR)模型,计算了速度为6.2km/s、初始压力为133Pa的高超声速流动激波中N_2和N_2^+分子电子能级的分布情况,分析了不同激发跃迁速率模型对电子能级分布及辐射光谱模拟的影响。针对流动中热力学非平衡区域和平衡区域,在300～440nm的辐射光谱开展了逐线法的数值模拟,并与激波管实验测量光谱进行了对比。结果表明,目前的激发跃迁速率均存在偏差,综合Park模型的爱因斯坦系数和Johnston模型的碰撞激发速率可以得到与实验结果最为接近的辐射光谱。

关键词：氮气热力学非平衡碰撞-辐射(CR)模型紫外辐射激发速率

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高超声速流场中CO_2的红外辐射研究

红外与激光工程 2013年第5期42卷 1113-1116页

作者：吴杰廖光毛宏霞朱希娟董雁冰光学辐射重点实验室北京100854

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2对整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。... 详细信息

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2对整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础,通过逐线法计算了不同飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时,CO2的辐射光谱。通过理论计算,发现在典型的高超声速飞行状态下,无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2的红外辐射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下,激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。

关键词：高超声速 CO2 红外辐射光谱