[发明专利]一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法

权利要求书

1.一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立随机起伏表面形态特征的生成模型，生成随机起伏表面，所述建立随机起伏表面形态特征的生成模型具体为：

步骤1-1、给定表面高度均方根σ，二维随机起伏表面高度均方根定义为：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\[z(x,y)-\stackrel{\‾}{z}(x,y)\]}^2}$

其中，z(x,y)为二维随机起伏表面取样点高度，为二维随机起伏表面取样点高度平均值，N为取样点总数；

步骤1-2、根据表面高度均方根σ生成服从高斯分布的随机序列η(x,y)，η(x,y)～N(0,σ)，并计算其傅立叶变换A(w_x,w_y)；

步骤1-3、根据指数型自相关函数，通过傅立叶变换得到滤波器输出信号的功率谱密度，其中指数型自相关函数R(τ_x,τ_y)为：

R(τ_x,τ_y)＝σ²exp(-2.3((τ_x/β_x)²+(τ_y/β_y)^-2)^1/2)

式中，β_x、β_y分别表示x、y方向上的自相关长度，

滤波器输出信号的功率谱密度G(ω_x,ω_y)为：

$G({\mathrm{\ω}}_x,{\mathrm{\ω}}_y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}R({\mathrm{\τ}}_x,{\mathrm{\τ}}_y)cos({\mathrm{\ω}}_x{\mathrm{\τ}}_x+{\mathrm{\ω}}_y{\mathrm{\τ}}_y){\mathrm{d\τ}}_x{\mathrm{d\τ}}_y$

同时，确定输入序列η(x,y)的功率谱密度S(ω_x,ω_y)为：

$S({\mathrm{\ω}}_x,{\mathrm{\ω}}_y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}\mathrm{\η}(x,y)cos({\mathrm{\ω}}_{x}x+{\mathrm{\ω}}_{y}y)dxdy$

由于输入序列服从高斯分布，则其功率谱密度应为常数，即S(ω_x,ω_y)＝C；

步骤1-4、计算滤波器的传递函数H(w_x,w_y)为：

H(w_x,w_y)＝(G(w_x,w_y)/C)^1/2；

步骤1-5、计算输入序列经过二维滤波器后的输出序列的傅立叶变换：

Z(w_x,w_y)＝H(w_x,w_y)A(w_x,w_y)；

步骤1-6、对Z(w_x,w_y)进行傅立叶逆变换得到表面的高度分布函数z(x,y)；

步骤1-7、再次执行步骤1-1～步骤1-6，生成二级随机起伏表面，第二级表面的高度均方根与第一级的比例为1:50，通过前面所述方法生成不同相关长度和高度均方根的随机表面；

步骤1-8、将两个表面叠加合成，从而得到接近真实的多层隔热材料随机起伏表面形貌；

步骤2、建立起伏表面间的辐射传递模型，根据模拟的起伏表面形态特征，确定表面间辐射传递因子；

步骤3、基于空间环境下起伏表面的辐射传递过程，建立起伏表面的自身发射辐射模型、吸收太阳直接辐射模型、吸收地球红外辐射模型、吸收地球反射太阳辐射模型以及吸收其它面元的辐射模型；

步骤4、根据上述空间环境下起伏表面间的辐射传递模型，确定起伏表面总辐射热流，进而根据能量方程求得起伏表面温度分布；

步骤5、根据上述计算得到的起伏表面温度分布和辐射传递模型，根据普朗克定律积分求得任意波段内的起伏表面红外辐射分布。