当前课程知识点：介质辐射传热 > 第九章 气体辐射特性及其光谱模型 > 第五节 气体辐射光谱模型概述 > Video
光谱数据库中包含哪些信息呢
数据库描述了每一条谱线信息
而对于辐射换热问题
如果我们想要计算换热效果
例如热通量 热通量的散度
我们需要在整个光谱范围内
将不同谱线的贡献进行积分
这意味着是一条条独立的线计算得到
所以逐线模型是形成数据库的基础
数据库仅仅是用于描述
不同气体的一条线一条谱线的信息
所以在这种情况下对于一条条单独的谱线
我们可以得到它的光谱位置
也就是谱线出现的波长位置
通常是用波数或者波长来描述
谱线或者辐射是在哪个波长下出现的呢
这就形成了光谱区间除了位置还有强度
强度的意思是在这个波长
或者波数下气体吸收或者发射的能力
因为谱线有自己的光谱形状
谱线强度是整个谱线的吸收系数的积分
也就是整条谱线的贡献
而除了强度以外谱线的半宽是描述谱线宽度的
这些参量描述了一条单独的谱线
因为我们有振动-旋转谱带
而在典型的振动-旋转带中有许多许多的谱线
形成了一个谱带
所以我们可以尝试去计算谱带的贡献
这时我们需要计算整个谱带的积分
这个方程展示了一定波长下的吸收系数
是从整条谱带计算得到的
从谱带中许多许多的谱线的计算中得到
我们有数百万条的谱线
吸收系数会随着波数的变化而发生明显的变化
这种基于逐线模型的计算将会变的非常困难
因为整个计算过程会花费大量的时间
因为逐线模型不能直接用于传热过程
我们需要发展一些窄带模型
除此之外还有宽带模型和全局模型
窄带模型 宽带模型和整体模型
被用于处理涉及辐射换热过程的实际问题
逐线模型仅仅用于一些模型的验证
也被用于整体光谱模型的验证
并发展可用的模型
所以这是发展逐线模型的主要目的
是发展一些新的应用方法和模型的基础数据库
如果我们想要计算不同独立谱线的贡献
我们可以看到窄谱带内有更细致的谱线
窄带内光谱吸收系数的变化也是很剧烈的
但是黑体辐射强度在这样窄带区间内
不会有那么大的变化
这里给出的定量计算的结果
光谱区间是从2320厘米分之一开始
到2330厘米分之一
也就是10厘米分之一的区间
在这个区间内我们有几个谱线峰值
但是800K 1800K和2800K不同的温度下
对应于这两个波数的黑体辐射强度
如表中所示
我们可以看出
这两个波数下黑体辐射强度的相对变化约为1%
意味着辐射强度的变化
特别是黑体辐射强度的变化在窄带内是很小的
但是谱线变化很大
这说明如果我们想要计算波长区间的贡献
我们应该一遍一遍做相同的计算
这就是为什么我们花费大量的时间
来计算单独谱线的贡献
如果我们计算了一条单独曲线的贡献
我们就不需要计算其他类似谱线的贡献
在这种情况下
如果我们将实际吸收系数替换为
一些平滑后的数值
辐射传递的整体效果
与实际吸收系数计算的相同
如果我们生成了窄谱带内的平均吸收系数
我们可以将复杂的计算替换为简单的计算
这就是窄谱带模型的主要特点
许多窄带模型是40-50年前发展的
我认为在现在看来也是足够的
如果我们能够得到一条窄谱带的精确的平均值
我们可以精确计算实际谱线的贡献
也就是说窄谱带模型可以和逐线模型一样精确
所以我认为窄谱带模型
是可以在辐射换热过程中应用的
一种强有力的模型
但是窄谱带模型主要的缺点是
他们很难应用在非均相的气体中
也就是组分不均匀的气体
在这种情况下窄谱带模型是不适用的
但是在我看来这一缺点并不是不能解决的
实际上我们可以通过选择
我们利用窄谱带模型的方式来避免这一缺点
基于窄带数据使用一般求解方法的传热计算
仅仅局限于被黑体腔包围的非散射介质
介质由黑体壁面环绕
意味着没有反射也没有外部辐射进入系统
你们可以想象一下现实中很难出现这种情况
所以这种模型是简单的
但是我们可以将计算方法扩展到更复杂的情况
比如处理有散射效应的参与性介质
并由实际壁面围绕例如燃烧腔
我认为不能说这两个缺点
就是窄谱带模型本质上的缺点
这两个缺点是可以被解决的
需要指出的是在典型的窄谱带模型中
我们有数十个或者数百个谱带
比如43 22 40个窄谱带或超过一百个
例如100 200个对于单独的一种气体
相比于实际气体的数百万条谱线
这个数目还是少了很多
从逐线模型里数百万条和数十亿条谱线
到几百个窄谱带
所以可以显著减少辐射中需要计算的谱带数目
另一种窄带模型是所谓的
“相关K分布”窄谱带模型
在此方法中发现在一个窄带范围
急剧变化的吸收系数
在稍有不同的波数上
这种极具变化的吸收系数
多次重复相同的值
每一次都带来相同的辐射强度和辐射热通量
只要介质是均匀的即吸收系数与位置无关
在很小的光谱范围内
实际波数与吸收系数的关系不大
k分布方法就将吸收系数重新排列
得到相对于人工波数
在给定波数范围变化的平滑变化的吸收系数
这就使得光谱积分非常直截了当
K分布方法相对较新仍在发展之中
尽管很新颖
这种方法也很难运用于非均匀介质
本课程不准备展开说明
大家如果有兴趣可查阅相关文献
而对于宽谱带模型
我们将整个振动-旋转谱带
视为一个独立的谱带
这样对于二氧化碳 水蒸气
我们仅有数个振动-旋转谱带 数目很小
所以在宽谱带中仅有数条谱带
我认为这样简单得很多
所以过去
宽谱带模型计算在辐射换热问题中非常流行
而且计算也相对的简单
因为过去我们没有很多
关于气体的精确的光谱信息
所以我们仅仅用实验得到的更宽的谱带模型
这就是宽谱带模型
宽谱带模型适用于
一些复杂实际系统中辐射换热过程的计算过程
例如燃烧
我们不仅需要计算辐射
还需要计算多相流化学反应
而对于所有的这些
我们只有有限的计算时间和资源
而在这里我们用一种简单的辐射模型来处理
辐射传递过程
所以我认为宽谱带模型在现阶段是适用的
但是宽带模型公认一般具有30%的误差
有些情况下可能达到70%
更大的误差可能来源于实验误差
这就是宽谱带模型的精确度
至于这个误差是不是很大 也看情况
如果我们不考虑辐射那个误差更大
全局模型也是整体模型
意思是我们仅仅用一个模型来处理
整个光谱范围内的辐射贡献
这种模型明显更适合于应用
但是
全局模型的精度相对于窄谱带和宽谱带来说
要低很多
但是这种模型最大的优势是能够很容易计算
而且几乎不耗费时间
我认为全局模型对于我们来说
适用于估计辐射气体贡献的量级
所以如果气体辐射换热的贡献更大
我们可以通过全局模型来首先进行估计
如果我们想要增加计算的精度
我们可以用更好的模型
比如窄带模型和宽带模型
最后如果我们想要得到精确的结果
不考虑计算时间的话
我们还可以逐线计算
这就是不同层次的辐射模型
取决于辐射传递计算的精度要求
所以第一步
我们仅仅需要得到辐射传递贡献粗略的估计
我们就可以采用全局模型
如果我们想要得到更加精确的结果
我们就可以采用更加精细的模型
-第1节 热辐射的重要性
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-第2节 热辐射基本概念
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-第3节 表面对辐射的作用
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-第4节 表面双向反射分布函数及偏离镜向反射峰值现象
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-第5节 黑体
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-第6节 几个重要的基础辐射定律
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-第7节 辐射强度概念及兰贝特定律
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-第8节 发射率（黑度）及其检测举例
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-第9节 吸收率及灰体概念
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-第10节 温室效应及大气辐射
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-第11节 气体辐射换热基本概念及挑战
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-第12节 本课程教学思路及教材
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-第1节 辐射传递系统、辐射介质及辐射强度
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-第2节 辐射吸收和散射方程
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-第3节 辐射发射和散射的增强作用方程
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-第4节 一般辐射传递方程
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-第5节 几种简化条件下的辐射传递方程
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-第6节 辐射传递方程的边界条件及RTE小结
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-第7节 入射辐射、辐射热通量及辐射热源
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-第8节 热流体能量守恒方程及本章小结
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-第二章 辐射传递方程的建立和推导--第二章习题
-第1节 一维系统辐射传递分析的意义及一维平行平板介质
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-第2节 一维辐射传递方程一般形式
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-第3节 一维辐射传递方程简化形式
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-第4节 边界为黑体表面的非散射平板介质精确解
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-第5节 辐射平衡灰性非散射平板介质精确解
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-第6节 平板间介质辐射热通量及其散度计算一例
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-第7节 灰性漫射边界非散射平板介质精确解
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-第8节 几种散射平板介质精确解
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-第三章习题--作业
-第1节 光学薄近似概念
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-第2节 几种特殊的光学薄近似
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-第3节 光学薄介质辐射传递分析一例
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-第4节 光学薄近似解
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-第5节 光学厚近似的定义
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-第6节 光学厚近似的分析
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-第7节 光学厚近似解
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-第8节 本章小结
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-第四章 光学薄、光学厚概念及其近似解--第四章习题
-第1节 一般近似解的意义
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-第2节 舒斯特-史瓦西近似解
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-第3节 米尔恩-爱丁顿近似解
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-第4节 指数核近似解
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-第5节 本章小结
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-第五章 一维系统辐射传递一般近似解--第五章习题
-第一节 DOM法的概念和发展
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-第二节 DOM的基本原理
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-第三节 离散方向的选择
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-第四节 一维系统DOM求解
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-第五节 多维系统DOM法求解
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-第六节 FVM对DOM法的发展
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-第六章 辐射传递分析的离散坐标法（DOM）--第六章习题
-第一节 蒙特卡罗法的概念及其起源
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-第二节 浦丰（Buffon）问题
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-第三节 随机投点法与期望估计法
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-第四节 逆变换法：以介质吸收为例说明
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-第五节 辐射分析的蒙特卡罗法思路
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-第六节 辐射分析的蒙特卡罗法实施方法
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-第七节 蒙特卡罗法一例：READ法
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-第七章习题--作业
-第一节 为什么要做高温燃烧热辐射检测？
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-第二节 高像素辐射成像分析面临的挑战
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-第三节 二维系统辐射成像计算
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-第四节 辐射成像的快速计算方法
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-第五节 辐射成像快速算法的验证
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-第六节 漫散射边界处理及DRESOR法提出
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-第七节 DRESOR法主要研究进展
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-第八节 习题--作业
-第一节 气体辐射特性概述
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-第二节 气体辐射的物理机制
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-第三节 独立谱线的辐射计算
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-第四节 气体辐射特性数据库
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-第五节 气体辐射光谱模型概述
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-第六节 埃尔萨瑟窄带模型
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-第七节 统计窄谱带（SNB）模型
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-第八节 宽带模型
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-第九节 整体模型
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-第九章 气体辐射特性及其光谱模型--第九章习题
-第一节 粒子散射基本概念
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-第二节 粒子散射的定量描述
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-第三节 瑞利散射
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-第四节 球形粒子的米散射理论
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-第五节 大粒子辐射特性
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-第六节 粒子系辐射特性
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-第十章习题--作业
-第一节 从路面蜃景谈起
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-第二节 粗糙面大角度反射实验观察
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-第三节 表面的发射和吸收特性的描述
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-第四节 表面的反射特性的描述
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-第五节 表面辐射特性的理论分析
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-第六节 金属和非金属表面的辐射特性
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-第十一章习题--作业
-第一节 从“海市蜃楼”上蜃景谈起
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-第二节 梯度折射率介质辐射传递基本原理
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-第三节 梯度折射率介质辐射传递分析方法
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-第四节 梯度折射率介质辐射传递的DRESOR法
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-第五节 激光干涉法梯度折射率检测
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-第六节 瞬态辐射传递的时间漂移叠加法
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-第七节 瞬态辐射传递的DRESOR法
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-第十二章习题--作业
-第一节 燃烧学基本科学问题
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-第二节 热辐射对燃烧温度分布的影响
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-第三节 介质非灰性辐射模型的影响
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-第四节 湍流-辐射耦合作用（TRI）
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-第五节 燃烧反应放热的辐射传输机制
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-第六节 辐射传热对煤粉射流着火稳燃的作用
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-第十三章习题--作业
-第一节 因果律及正问题
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-第二节 反问题及辐射反问题
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-第三节 基于线性规划的二维温度场重建
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-第四节 分布参数反演的Tikhonov正则化方法
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-第五节 基于正则化的三维温度场重建
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-第六节 提高重建能力的虚拟像素法
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-第七节 温度场和辐射参数同时重建
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-第十四章习题--作业
