面源黑体辐射特性分析与设计

论文摘要

本文主要介绍了黑体空腔理论和热辐射源理论,分析了黑体空腔的主要计算方法积分方程法。介绍了Monte Carlo方法在辐射源辐射特性分析中的应用。建立了Monte Carlo的辐射模型,论述了光束发射位置、方向和是否被吸收的确定方法。黑体空腔通常开口较小,在工业通常适用在高温条件下工作。随着科技的发展,实际中需要有能够满足在中、低温条件下工作的辐射源,而具有大口径的面黑体辐射源满足了这种要求。面辐射源的表面复杂,多加工成环形V型槽或蜂窝状结构,用精密方法很难计算。采用Monte Carlo方法分析面辐射源时,建立了具有环形V型槽表面和六棱柱蜂窝状表面的辐射源的Monte Carlo模型,采用完全光束跟踪对辐射情况进行模拟,计算了它们的发射率。由于采用Monte Carlo方法进行模拟,计算结果的收敛性很慢,所以在进行光束跟踪时我们取大量样本进行模拟。分析了在不同取样点数、温度、镜反射成份下对不同面辐射源辐射特性的影响。对于环形V型槽表面,我们分别计算了圆锥角为30o、45o、60o、90o时面辐射源的有效发射率;对于六棱柱蜂窝状表面,我们分别计算了当棱柱高度为1.0～3.0,增幅为0.2;边长为1.0～3.0,增幅为0.5时辐射源的有效发射率。将计算的数据进行并画出图形。综合上述影响辐射性能优劣的因素对面辐射源的结构进行设计,在面辐射源的外部加上护套,采用计算黑体空腔的传统方法积分方程法计算了该辐射源的有效发射率。使用热管对辐射源进行加热并用PID控制方法实现辐射源温控系统的设计和仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 黑体空腔理论文献综述
• 1.3 黑体辐射源应用情况
• 1.3.1 黑体辐射源简介
• 1.3.2 黑体辐射源应用状况
• 1.3.3 面黑体辐射源发展现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 黑体辐射源理论评估方法
• 2.1 黑体热辐射源理论基础
• 2.1.1 热辐射能量的表示方法
• 2.1.2 热辐射的基本定律
• 2.1.3 热辐射交换
• 2.2 黑体空腔的精密分析方法
• 2.3 Monte Carlo 方法在辐射分析中的应用
• 2.3.1 Monte Carlo 辐射模型
• 2.3.2 伪随机数
• 2.3.3 随机抽样
• 2.4 Monte Carle 方法在面辐射源分析中的应用
• 2.4.1 发射位置的确定方法
• 2.4.2 发射方向的确定方法
• 2.4.3 光束吸收与反射的确定
• 2.4.4 Monte Carlo 方法的可靠性检验
• 2.5 本章小结
• 第3章 V 型槽表面的Monte Carlo 模拟
• 3.1 环形V 型槽表面辐射的光束跟踪
• 3.1.1 发射点位置的确定
• 3.1.2 光束的模拟跟踪
• 3.2 环形V 型槽的辐射性能分析
• 3.2.1 取样点数对辐射特性的影响
• 3.2.2 V 型槽角度对辐射特性的影响
• 3.2.3 温度对辐射特性的影响
• 3.2.4 镜反射成份对辐射特性的影响
• 3.2.5 V 型槽表面辐射的方向统计
• 3.3 V 形槽辐射源辐射特性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 蜂窝状表面的Monte Carlo 模拟
• 4.1 蜂窝状表面的光束跟踪
• 4.1.1 发射点位置的确定
• 4.1.2 光束的模拟跟踪
• 4.2 蜂窝状辐射源的辐射性能分析
• 4.2.1 取样点对辐射特性的影响
• 4.2.2 单个蜂窝的长度和高度对辐射特性的影响
• 4.2.3 温度对辐射特性的影响
• 4.2.4 镜反射成份对辐射特性的影响
• 4.2.5 辐射光束的角度统计
• 4.3 蜂窝状辐射源的结构设计
• 4.3.1 蜂窝状辐射表面的整体评估方法
• 4.3.2 蜂窝状辐射源辐射特性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 面辐射源系统设计
• 5.1 辐射源的结构
• 5.2 辐射源温控系统的电路设计
• 5.2.1 铂电阻测温电路
• 5.2.2 加热驱动电路
• 5.3 蜂窝状辐射源的Matlab 仿真
• 5.3.1 控制方法PID
• 5.3.2 PID 控制器的设计与仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢