不等温空腔的有效发射率计算

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1、2011年8月第31卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetro[ogyandMeasurementAug．，2011V01．31．No4文章编号：1000—7202(2011)04-0044—04中图分类号：TB941不等温空腔的有效发射率计算孙富韬张晓菲张俊祺(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)文献标识码：A摘要采用Monte—Carlo法对不等温空腔的有效发射率进行计算分析，讨论了腔壁的不等温性、材料的光谱发射率和方向发射率对法向有效发射率的影响，为黑体辐射源的设计提供了理论计算依

2、据。关键词发射率Mome．Carlo法空腔辐射特性CalculationoftheEffectiveEmissivitiesforNonisothermalC!avitiesSUNFu··taoZHANGXiao··feiZHANGJun—·qi(B嘶ingAerospaceInsdtuteofMetrologyandMeasurementTecbology，Beijing100076)AbstractTheradiationpropertiesofnonisothermalcavityWflScalculatedbyMon

3、te—Carlomethod．Theeffectiveemissivityconrection$affectedbythetemperaturedistributionalongthecavitywall，theSpec-traleffectiveemissivitiesandthedirectionalemissivitieshavebeendiscussed．Itcanbeusedasthetheo．retialcalculationbasisforthedesigncalculationofblackbodyradia

4、tionsollrce．KeywordsEmissivityMonte—CarlomethodRadiationpropertyofcavity1引言黑体空腔已广泛用作辐射度量学、光度学和光测温学的标准辐射源。由于对测量准确度的要求越来越高，相应地，对腔发射率值的精确程度也提出了越来越高的要求。由于精确测量发射率的值很困‘难，所以标准辐射源的有效发射率一般采用理论计算的方法。常用的有效发射率理论计算方法有积分方程法、多重反射法和Monte·Carlo法等。本文采用Monte-Carlo法对不等温空腔的有效发射率进行了计算分析

5、，为进一步研究不等温空腔的辐射特性以及材料表面方向、波长相关的空腔辐射特性打下良好的基础。2基本理论与方法空腔由圆锥体和圆柱体组成，如图1所示。圆锥角为a，空腔腔长为￡，圆柱半径为％，空腔孔半径为R。，空腔内壁材料发射率为8，参考点定在锥顶，其温度为瓦。理论上，这样的空腔应该在某一温度瓦下具有等温的腔壁，并且只有一小部分的辐射能够逃出腔外。空腔的光谱辐射特性可以通过普朗克定律来计算，对于空腔的有效发射率可以采用一个修正因子来修正不等温性的影响。收稿日期：2009一It一17作者简介：孙富韬(1980一)，男，硕士研究生．主要

6、研究方向：热学计量测试技术的研究。第4期不等温空腔的有效发射率计算图1黑体空腔图根据基尔霍夫定律和互惠定理(假设腔壁无透射)，可得P∞(A)=d∞(A)=1一p女(A)(1)式中：g。，a。，P,0——分别是等温空腔的有效发射率、吸收率和反射率；A——波长。理论上，式(1)给出了在合适的条件下通过测量有效反射率来计算等温空腔有效发射率的方法。对于空腔的不等温因素，可以通过进行不等温修正的方法得出空腔在不等温条件下的有效发射率，即F。(A，T)=s∞(A)+如。(^，T)(2)2．1等温模型应用Monte-Cado法，把光束去

7、向看作独立的过程，它们在反射点发生镜反射或漫反射，通过跟踪光束的反射情况，确定光束的能量变化，直至光束出腔口或能量消耗到容许水平以下。经过大量的光束跟踪，得出统计结果。具体步骤为：(1)根据所求目标量进行光束取样；(2)将光束离散为Ⅳ根子光束，每根光束假定具有Wo=1的能量；(3)跟踪入射光束，并求入射光束与空腔壁的交点；(4)根据交点处材料的漫射率D，利用随机数尺判断发生反射的类型。若R≥D，发生镜反射，该光束能量变为n=P(^)取一。。若R

8、的能量，，(f)为反射点f对空腔口的角系数。对于留在空腔的光束，求得反射方向后继续跟踪；(5)继续跟踪光束，判断是否出腔口，或能量是否已消耗到容许的水平砰i。以下，如是则停止跟踪本光束，开始下一条光束的跟踪；(6)统计所有入射光束离开腔口的能量，除以总能量，即可求得空腔有效反射率。根据以上