球形离散颗粒抑制尾喷流红外辐射传输数值模拟.docxVIP

文章编号:100028055(2009)0621211208球形离散颗粒抑制尾喷流红外辐射传输数值模拟张净玉,常海萍,王慧元(南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016)摘要:以气溶胶烟雾红外抑制技术为背景,以Mie散射理论为基础,利用Fluent软件计算获得气固两相流场,采用射线踪迹法(RTANM)编制红外辐射传输计算程序开展了球形固体微粒环尾喷流喷射抑制喷流红外辐射传输数值模拟研究.研究参数主要考虑颗粒本身的光学特性以及颗粒在喷流射流中的扩散规律对抑制效果的影响.研究表明,各种影响因素中粒径对红外抑制率的影响最为显著,3～5μm范围内粒径在1.0μm左右最佳.关键词:红外辐射传输;气溶胶;射线踪迹法;红外抑制;数值计算中图分类号:V218文献标识码:ANumericalsimulationoninfraredradiationsuppressantofhotexhaustwiththesphericalparticlesZHANGJing2yu,CHANGHai2ping,WANGHui2yuan(CollegeofEnergyandPowerEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Basedonaerosolinfraredradiation(IR)stealthtechnique,thecharacteristicsofIRsuppressant(3～5μm)onhotexhaustswithsphericalparticleshasbeennumericallyinvestigated.TheextinctioncharacteristicparametersincludingextinctionefficiencyfactorandasymmetryfactorwerecalculatedbasedonMiescatteringtheory,whichisdecidedbydi2ameterparameterandcomplexindexofrefraction.TheflowfieldwasachievedbyFluentsoftware,andIRradiationintensityofthetargetwascalculatedbyray2tracing2method.Theparametersinvestigatedincludediameterparameter,complexindexofrefraction,concentra2tionoftheparticles,injectionvelocityoftheparticlesandcoefficientofheatconductionoftheparticles.TheresultsshowthatIRsuppressantaffectedbythediameterparameterofdiscreteparticlesisthemostprominent.AndthebestIRsuppressantexistswhenthediame2terofparticlesisintherangeof1.0μm.Keywords:infraredradiation(IR)transmission;aerosol;ray2tracing2method;IRsuppressant;numericalsimulation所谓气溶胶红外抑制技术就是利用悬浮的粒子对入射的激光、红外和可见光的散射和吸收作用,即光学理论中的消光效应,达到抑制红外辐射能量传输的效果.目前该技术作为针对飞机尾后红外抑制的一种有效技术,已在少数军事大国得到实际应用.上世纪60年代末,美国空军开展了在飞机后喷射烟云的方法来衰减红外辐射的试验研究.70收稿日期:2008205208;修订日期:2009204230作者简介:张净玉(1973-),女,贵州平坝人,副教授,博士,主要从事传热传质方向的研究.1212航空动力学报第24卷年代,美国陆军开始考虑烟幕粒子的消光机理.到70代末,美国鲍林空军基地开展用气溶胶吸收和散射热喷流的红外辐射研究,结果表明在相同的红外抑制量下,碳粉需要量远小于N2O的量.80年代,以色列航空工业部门在模型发动机尾喷流四周喷射碳粒,结果显示对尾喷口的红外抑制最高可达85%以上[1].国内这方面研究开展相对较迟,近年许多学者针对离散颗粒散射、消光特性开展了大量研究,但多数研究集中在大气可见光波段;有关粒子高温热辐射的研究则主要针对锅炉炉膛中高温烟气的热辐射特性[223];文献[4]从光散射角度理论分析了粉末气溶胶的光学消光特性;文献[5