由此,本次模拟主要分为两个部分。第一部分,实现伪装材料到多孔介质的模拟。受上文中单独分析伪装材料最小单元这一思路的启发,本研究先模拟分析伪装材料的局部温度和流场特性,然后找到能产生相同影响的多孔介质模型,完成伪装模型的简化。第二部分,将简化的伪装模型,应用于军用小平房指挥室,得到其表面温度和辐射特性的,并与不加伪装模型的情况进行对比,分析三种材料的伪装效果。
对于最终的结果评估,本研究采用实际实验测试的方法,分析伪装效果,检验模拟计算。
2. 伪装模型的简化
针对三种伪装材料,要分析其在一天24小时中的伪装效果,需要考虑太阳辐射的条件,周围环境条件以及伪装目标条件。对于太阳辐射条件,选择九月初上海晴朗天气的辐射条件,辐射量和辐射角度随一天的具体时段变化而变化。对于周围环境,可以根据不同的发射率,吸收率,比热容建立不同的地表属性。本文中主要针对裸沙地属性进行模拟。对于伪装目标,选择带窗平房,模拟战时的临时指挥所。其中房屋侧壁接受伪装材料的伪装,而房屋窗户没有受到伪装。建模过程中,先建立伪装材料局部特性分析模型,分析其对流场和温度场的影响,再选择影响类似的多孔介质模型简化伪装材料模型。然后将多孔介质模型用于平房实体模型,实际模拟其伪装效果。
2.1伪装材料局部特性分析模型
实际过程中,模拟整个伪装表面复杂繁琐,在实际模拟中难以实现。因此,通过建模分析伪装表面的局部单元特征,研究该种伪装材料的伪装特特性。
2.1.1 几何模型的建立
本文重点分析伪装材料对平房指挥所的伪装效果,在建立局部伪装效果分析模型时,截取实体中的室外气体,伪装材料,被伪装墙体以及室内空气部分加以分析。室外和室内空气选择充分大小空间气体,使其可以实现完整的模拟过程。墙体选择厚度为0.25m的固体实体。伪装材料根据其伪装时呈现的不同实体形态,做出近似的类似简化处理。考虑到伪装材料大都呈表面规则凹凸或者规则翘起状,其对流场的影响类似平板上呈现规则凸台,而其对表面温度场的影响类似平板上呈现规则肋板强化散热,并且实际稳定过程中,我们可以假设伪装材料安放之后是类似静止的。因此,伪装材料可以简化为不同厚度的平板上呈现规则肋板,规则凹槽的固体元件。
对于几何模型,如果只建立一个最小单元,在外流场影响之下,考虑到类似气体横掠平板模型,会导致模拟结果中该单元入风区域温度明显低于外流场出口区域。因此,对于横向风条件模型,我选择横向画出7个最小单元,发现最后两个单元温度场几乎完全相同,几乎消除了空气横掠平板造成的影响。对于迎面风条件模型,我选择建立最小单元3×3的立体模型。如果只选择单个最小单元,外部风吹到伪装表面上之后,会顺着最小单元侧面直接流出,造成很强的流动干扰。而实际情况下,风应该沿着伪装表面继续流动,接受其他最小单元的影响。
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