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摘 要 针对耐高温热涂层的陶瓷材料，研究了在实际热边界条件下材料的红外辐射特征，建立了非等温高温陶瓷涂层内导热-辐射耦合物理模型，利用双热流法求解热辐射传递方程，分析了不同条件下半透明陶瓷材料内温度分布及辐射率变化规律。针对氧化锆等涂层材料，基于傅里叶红外光谱仪与积分球，采用间接法测量了材料光谱辐射率，比较和分析了陶瓷样品辐射率的实验和模拟结果。
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关键词 高温陶瓷 辐射率 导热-辐射耦合模型 双热流法 积分球9535
毕业设计说明书外文摘要
Title Determination of Emission from Ceramics at High Temperature
Abstract
The objective is to determine the infrared radiative emission, of materials often used as thermal barrier coatings, under realistic thermal boundary conditions.Coupled conduction-radiation heat transfers in non-isothermal ceramics is studied.A numerical code to solve conduction-radiation heat transfers is introduced.Also the integrating sphere method is indirectly used to determine the emission of some ceramic samples at ambient temperature.Experimental and theoretical emission factors obtained from ceramics samples are compared and analyzed.
Keywords Ceramics High temperature emissivity Two-flux method
Coupled conduction-radiation model Integrating sphere
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 半透明材料辐射率测量技术综述 3
1.3 测量中存在的问题 5
1.4 本课题的主要研究内容 5
2 高温陶瓷涂层辐射率数值模拟 6
2.1 陶瓷涂层光谱辐射率的理论定义 6
2.3 数学模型 7
2.3.1 辐射传输方程 7
2.3.2 能量守恒方程 8
2.3.3 边界条件 9
2.4 计算区域的离散化 9
2.4.1 辐射传递方程离散 10
2.4.2 能量方程的离散 11
2.5 算法实现 12
2.5.1 辐射强度的离散方程组 12
2.5.2 能量方程的离散方程组 12
2.5.3 温度场与强度场耦合求解方法 13
2.6 灰介质模型的数值模拟结果和分析 14
2.6.1 基底界面处辐射率对自由界面处辐射率的影响 14
2.6.2 涂层厚度对辐射率的影响 17
2.6.3 自由界面处反射率对辐射率的影响 19
2.6.5 小结 25
3 积分球法测定室温下半透明材料的辐射率 26
3.1 实验目的 26
3.2 仪器设备 26
3.3 积球法测量原理 28
3.4 室温下玻璃、氧化锆、氧化铝的红外辐射特性 29
3.5 计算三种材料在整个红外波谱内的定向辐射率 32
4 数值模拟验证 33
结论 34
致谢 35
1 绪论
1.1 课题研究背景
一种介质，若在一个或若干个谱带（波段）范围内，其光学厚度为有限值，则称其为半透明介质[1]。由此定义显见，半透明介质等同于吸收、散射性介质。由于绝大多数的散射皆源于粒子，所以含粒子介质也等同于吸收、散射性介质。气体、玻璃、硼硅酸盐均为半透明介质，此外还有一些介质，如硅胶、半透明塑料、陶瓷、氧化锆、部分涂料等，尽管它们的谱带衰弱系数较大，但当几何尺寸较小时，也显示出半透明特性。