柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性.pdf

中固工程热物理学会 传热传质分会 学术会议论文 编0：063235 柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性 孙创夏新林 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨l50001 Tel：0451E．mail：xiaxl@hit．edu．cn 摘要：引入了红外杂散辐射传递函数IRTF这一无量纲参数来表征、分析柱状遮光筒的红外杂散辐 射抑制特性。采用蒙特卡罗法模拟桂状遮光筒内红外波段杂数辐射传播过程，分析了长径比z、壁商 红外发射率～、壁面相对黑体辐射参数y。对遮光筒职丁F的影响：讨论丫遮光筒抑制能力对入射杂散 辐射方向的选择性。 关键词：柱状遮光筒，红外波段，杂散辐射 1．引言 杂散辐射是指光学系统中除目标光线外，扩散予探测器表面上的其它1卜目标光线辐 射能以及经非正常光路到达探测器的目标光线辐射能【1j。光学系统中红外杂散辐射的米 源主要有两个：一是物空间视场以外的杂散辐射，如太甩1辐射，经光学系统传播后在探 测器上产生杂散辐射噪声，影响系统的分辨能力：另一个是红外系统自身的杂散辐射， 这是由系统自身的温度决定的12,3]。长期以来，对杂散辐射研究以可见光为主；近年米， 对红外杂散辐射研究逐渐得到重视，例如，Czapski等人针对目前主要的杂散辐射软什 人分析了红外系统中的相关波长的红外杂散辐射吸收情况pI。 ’ 红外杂散辐射抑制与可见光杂散辐射抑制的主要区别在于：在可见光范国内，遮光 结构只对可见光起到抑制作用，自身不产生杂散辐射；而红外杂散辐射抑制结构，在对 入射杂散辐射进行吸收的同时，本身也产生红外杂散辐射。这导致了红外杂散辐射抑制 结构设计比较复杂。 遮光筒是一种常见的杂散辐射抑制结构，本文采用蒙特卡罗法模拟红外杂散辐射传 递，通过引入红外杂散辐射传递函数分析了柱状遮光筒的红外杂散辐射抑制特性。 2．柱状遮光筒的红外杂散辐射传递与抑制特性的描述 考虑图l所示的圆柱状遮光筒，将其入口面视为黑体，将外界进入遮光筒的杂散辐 射能等效为入口面的漫发射或以一定角度发射的平行光辐射能。遮光筒内壁面的处理方 法很多，如将其内壁面用涂层覆盖，此时壁面可以看作是具有高吸收率的漫灰体；或者 将蹙面处理成孔隙和微腔结构，这种壁面可视为各向异性吸收表面。 模拟杂散辐射传递与一般的辐射传递的主要区别在于其关心的辐射能鲢是小数越 级鲑，目前最酱遍的散辐射传递数值模拟方法是蒙特砖罗法与光线追踪法，本文采川蒙 特}罗法。定义系统中表面间的辐射传递系数Rr,，，Rr,，=N，，／Ⅳ，表示表面4，对表 面A，的辐射传递系数；其中，Ⅳ，为代表表面彳，发射辐射能的抽样能求数目，Ⅳ，，足么， 542 发射的抽样能束中经系统传播最终被表面4吸收的能束数目。采用等温等权抽样时， N，=E，A,n，，其中，Ci是表面4的发射率：FIr是抽样数密度。 幽l柱状遮光简结构豕恿图 遮光筒入口面、壁面的红外辐射能量Qf与Q。分别为： Q=局4 (1) Qw=瓯4E (2) 常数，A。、瓦、气分别为遮光筒内壁面面积、温度与红外发射率。 则遮光筒出口面的红外杂散辐射能量可表示为： Q=Q·R乃．。+瓯·R瓦。。 (3) 式中，Rr,．。和R瓦。。分别为遮光筒入口及壁面到出口面的辐射传递系数。 从能龄的传输角度看，杂散辐射抑制结构是一个特殊的辐射传输系统。因此，可引 入红外杂散辐射传递函数IRTF这样一个无量纲参数米描述遮光筒的红外杂散辐射抑制 能力，其定义为山口面的红外杂散辐射能与入口面的红外杂散辐射能比值，即 侬阿=Q／Q。由(3)式，可导出职阿的如下表达式：