[发明专利]一种舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及舰船红外辐射特性的计算技术，特别涉及一种考虑后燃反应的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法。

背景技术

现代舰船一般以燃气轮机或大型柴油机为动力装置，其动力系统的高温排气羽流比周围环境要高出很多，使得舰船的高温排气羽流的红外辐射在舰船整体的红外辐射中占有较大份额。舰船的动力主要来源于燃料的燃烧，通过化学反应释放的能量为推进系统提供动力，化学反应产物通过烟囱排放到大气中。排气羽流中未完全燃烧的高温气体排出烟囱后，将与从空气中卷入的氧气发生二次燃烧，从而将提高排气羽流的温度，进而增大排气羽流的红外辐射强度。

目前，现有技术中针对舰船目标红外特性的研究主要集中在舰船本体的红外特性的研究上，而对舰船烟囱的热排气羽流的红外特性的研究见之甚少，而且也未研究过后燃反应对排气羽流的红外辐射特性的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法，从而可以提高舰船的红外辐射特性的计算精度。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法，该方法包括：

建立基于后燃反应的舰船排气羽流的流场分布模型；

使用窄谱带模型和C-G近似法计算气体的辐射特性；

建立排气流场气体辐射传输计算模型，进行基于后燃反应的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算。

较佳的，所述建立基于后燃反应的舰船排气羽流的流场分布模型包括：

建立位于舰船表面的烟囱部分及其排气羽流计算区域的3D几何模型，并对所述3D几何模型进行网格划分；

根据网格划分后的3D几何模型，在流场能量守恒方程中加入后燃反应的化学反应源项，进行数值计算后得到排气羽流的3D流场分布，并建立基于后燃反应的舰船排气羽流的流场分布模型；

较佳的，所述进行数值计算后得到排气羽流的3D流场分布包括：

基于CFD数值计算方法，通过数值计算得到排气羽流的3D流场分布。

较佳的，通过如下的公式计算得到辐射气体的平均透过率

其中，为平均透过率，x为分子的摩尔百分数，p为气体总的压强，l为行程长度，和分别为谱带内平均吸收系数。

较佳的，所述排气流场气体辐射传输计算模型中的辐射传输方程为：

其中，I_λ(s,v)是沿传输方向v、在空间位置s处、波长为λ的光谱辐射强度，α_λ(s)是介质的光谱吸收系数，I_bλ(s)为黑体光谱辐射强度。

如上可见，在本发明中的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法中，由于建立了基于后燃反应的舰船排气羽流的流场分布模型，并使用窄谱带模型和C-G近似法计算气体的辐射特性，建立了排气流场气体辐射传输计算模型，因此可以进行考虑了后燃反应的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算，以得到最终的舰船的红外辐射特性。通过使用上述的方法，可以定量研究后燃反应对排气羽流红外辐射影响的程度，由于后燃反应大大增强了排气羽流红外辐射，因此可以提高舰船的红外辐射特性的计算精度，解决现有技术中未考虑后燃反应的舰船热排气羽流的红外特性计算的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中的舰船的烟囱及排气羽流的3D几何模型及剖面网格示意图。

图3为本发明实施例中的排气羽流的温度和密度的流场计算结果示意图。

图4为本发明实施例中的未加后燃反应以及加入后燃反应的辐射亮度分布示意图。

图5为本发明实施例中的未加后燃反应与加入后燃反应的光谱辐射强度对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供了一种舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法。

图1为本发明实施例中的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的舰船排气羽流的红外辐射特性的计算方法主要包括如下所述的步骤：

步骤11，建立基于后燃反应的舰船排气羽流的流场分布模型。