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基于蒙特卡洛法的喷管中强非均匀性介质辐射换热问题求解加速策略
1
作者 肖舰 高包海 +2 位作者 任亚涛 何明键 齐宏 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期537-546,共10页
固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡... 固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡洛法为基准,对加权零碰撞蒙特卡洛法和分解蒙特卡洛法两种加速策略进行比较探究,分别考察了灰介质立方体、非灰介质圆柱体算例。结果表明:加权零碰撞蒙特卡洛法在零碰撞衰减系数取全局最大值的60%以上、分解蒙特卡洛法在控制介质辐射物性取全局最大值的3%以内时,二者均可在保证计算精度的前提下缩减计算用时;相较分解蒙特卡洛法,加权零碰撞蒙特卡洛法的加速性能更好,其在非灰算例中的效率提升最高可达14%。此外,还提出了一种改进的轴对称网格定位方法,在几种典型路径中计算用时可缩减43%以上。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 喷管 辐射换热 强非均匀性介质 蒙特卡洛法
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临边观测下火箭喷焰红外辐射可探测性分析
2
作者 孙一强 牛青林 +1 位作者 贺志宏 董士奎 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1090-1096,共7页
本文针对空基平台大气层内、天基平台水平、短路径和长路径四种临边观测体制下,分析不同高度上火箭喷焰的点源红外信号在MWIR(3.70-4.80μm)和LWIR(7.70-9.50μm)波段大气窗口区的可探测性。采用视在光线法(LOS)求解火箭喷焰点源本征辐... 本文针对空基平台大气层内、天基平台水平、短路径和长路径四种临边观测体制下,分析不同高度上火箭喷焰的点源红外信号在MWIR(3.70-4.80μm)和LWIR(7.70-9.50μm)波段大气窗口区的可探测性。采用视在光线法(LOS)求解火箭喷焰点源本征辐射,并考虑大气透过率、背景计算在不同平台下目标与背景的辐射对比度CR。在以探测器瞬时视场为1 km×1 km,最低的辐射对比度C(R)=0.02为界限以分析点源目标的可探测性。结果表明四种探测方式在MWIR波段的辐射对比度基本上大于0.02;在LWIR波段,空基平台和天基平台短路径探测在的辐射对比度在<70 km大于0.02,长路径探测在<40 km的高度范围内大于0.02,天基平台水平探测在各个高度上均大于0.02;MWIR波段的可探测性能要优于LWIR波段。 展开更多
关键词 红外辐射 发动机喷焰 临边观测 辐射对比度
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基于主被动层析融合的碳烟火焰多参数场重建
3
作者 高包海 齐宏 +3 位作者 史景文 牛志田 任亚涛 何明键 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1135-1147,共13页
为克服实际工程应用中火焰辐射特性未知导致对火焰温度和辐射特性协同重建的低效率和低精度难题,结合主动激光层析吸收光谱和被动辐射成像技术,提出一种基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理场协同重建的新方法。结合多谱段下激光层... 为克服实际工程应用中火焰辐射特性未知导致对火焰温度和辐射特性协同重建的低效率和低精度难题,结合主动激光层析吸收光谱和被动辐射成像技术,提出一种基于主被动层析融合的高温碳烟火焰多物理场协同重建的新方法。结合多谱段下激光层析透射测量信号和火焰自发辐射光场测量信号,根据火焰弥散介质辐射传输机理建立主被动层析的多场协同重建模型,对数值模拟高温碳烟火焰和耶鲁大学实验燃烧火焰的三维辐射物性场、温度场及气固两相燃烧产物组分浓度场的协同重建进行模拟研究,并对多种测量信号的随机误差进行误差传递分析。结果表明:当激光信噪比大于25 dB时,模拟火焰衰减系数场重建的相关系数接近1,重建的温度场与真值吻合较好;当激光信噪比大于30 dB时,实验火焰碳烟颗粒浓度场重建的相关系数接近1,温度场重建相关系数约为0.83;光场信号测量噪声对温度重建精度的影响比激光测量噪声显著,应尽可能保证激光与光场测量系统的标定精度。 展开更多
关键词 主动激光层析 光场成像技术 高温碳烟火焰 辐射反问题 多参数场重建
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基于多波段比亮度特征的火箭发动机类型辨识研究
4
作者 孙一强 牛青林 +1 位作者 贺志宏 董士奎 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期31-32,共2页
针对天基红外预警分类识别问题,从典型火箭发动机喷焰光谱结构分析入手,以燃烧产物分子H_(2)O、CO_(2)、CO、HCl特征波段辐射亮度比构造分类特征向量,提出以HCl和H_(2)O特征波段亮度比作为固、液类型大类的特征量,再以CO_(2)、CO分别与H... 针对天基红外预警分类识别问题,从典型火箭发动机喷焰光谱结构分析入手,以燃烧产物分子H_(2)O、CO_(2)、CO、HCl特征波段辐射亮度比构造分类特征向量,提出以HCl和H_(2)O特征波段亮度比作为固、液类型大类的特征量,再以CO_(2)、CO分别与H_(2)O特征波段亮度比为特征量进行固、液发动机子类进行分类的总体分类策略。采用粒子群优化的支持向量机分类算法对所提出的分类策略进行了数值实验验证,并探究了分类策略的抗噪性能。结果表明在该数值实验条件下,无噪声时平均分类正确率度达到100%,加入5%和10%的高斯噪声后,分类准确率在92%以上。 展开更多
关键词 发动机喷焰红外光谱 多波段比亮度特征 类型辨识
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船舶柴油机尾气热电装置热分析及结构设计 被引量：2
5
作者 刘少斌 何明键 +1 位作者 任亚涛 齐宏 《节能技术》 CAS 2022年第1期3-10,共8页
船舶柴油机具有能耗高,热效率低的特点,对尾气余热回收装置进行热分析和结构优化设计能有效提高余热回收效率。对基于温差发电的船舶柴油机余热回收装置进行热分析,提出余热回收装置的优化规律。选取工程中热电模块材质、船舶柴油机常... 船舶柴油机具有能耗高,热效率低的特点,对尾气余热回收装置进行热分析和结构优化设计能有效提高余热回收效率。对基于温差发电的船舶柴油机余热回收装置进行热分析,提出余热回收装置的优化规律。选取工程中热电模块材质、船舶柴油机常见工况作为仿真物性,用热电模块冷热端温度差作为热电转换效率的指标。在船舶柴油机常见的温度和速度工况范围内,温度变化对装置的余热回收量的影响更大。对于余热回收装置,导热介质层的厚度设计需要考虑余热传导效率和热电模块的耐受温度;从分布均匀性角度出发,提出了中间放置和均匀放置两种热电模块组的排列方式,而前者比后者的平均温度高了15 K,且工作温度更均匀;对强化冷却的翅片散热器的翅片高度、翅片间距和翅片单元数量进行分析,在本文研究工况下,翅片间距为翅片厚度三倍为最优设计。 展开更多
关键词 余热回收 热分析 热电性能 结构设计 优化原则
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超临界态航天煤油管内对流换热特性研究 被引量：1
6
作者 刘少斌 杜宗罡 +3 位作者 韩伟 张晓罗 任亚涛 齐宏 《节能技术》 CAS 2020年第4期291-298,共8页
燃料再生冷却是最好的航天发动机热防护方法之一,但航天发动机工作时煤油会处于超临界态,其对流换热特性会显著改变,甚至出现传热恶化。为了探究航天煤油在超临界态下对流换热特性,本研究使用Ansys Fluent软件以超临界状态下小管径圆管... 燃料再生冷却是最好的航天发动机热防护方法之一,但航天发动机工作时煤油会处于超临界态,其对流换热特性会显著改变,甚至出现传热恶化。为了探究航天煤油在超临界态下对流换热特性,本研究使用Ansys Fluent软件以超临界状态下小管径圆管内RP-3煤油为研究对象,围绕圆管管径、壁面热流密度、煤油质量流率、出口压力等因素对煤油在小管径圆管内对流换热特性的影响进行分析,通过结果对影响机理进行阐述。此外,本研究还设置分组对照的边界条件,对临界态煤油管内流动发生的传热恶化现象进行模拟,并分析了传热恶化的产生机理,发现传热恶化的发生与煤油热物性在拟临界温度附近剧烈的变化有关。 展开更多
关键词 航天煤油 超临界状态 传热特性 传热恶化
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基于散射光强度的碳黑团聚体分形结构和粒径分布同时反演
7
作者 张俊友 齐宏 +2 位作者 王一飞 任亚涛 阮立明 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期925-932,共8页
利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演,在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体(RDG-PFA)散射理论,研究了2种信号方案,包括多角度散射及多角... 利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演,在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体(RDG-PFA)散射理论,研究了2种信号方案,包括多角度散射及多角度散射-准直透射率。反演前,对比2种信号方案的残余适应度值分布发现,散射与透射信号同时使用有效减弱了反问题的病态性。反演过程基于协方差矩阵自适应的演化策略(CMA-ES)算法,该算法具有很强的局部搜索能力,为快速且稳定地反演各个目标参数提供了保障。反演结果表明了CMA-ES算法较大搜索空间内的可行性和普适性,同时也证明了采用多角度散射-准直透射率的组合信号有效提高了目标参数的反演精度。 展开更多
关键词 光散射 碳黑 团聚体 分形维度 反问题 优化算法
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