方向性辐射特性实验介绍.doc

方向性辐射特性实验介绍辐射方向性是决定辐射均匀性的重要因素。实际运行的各种电或燃气的辐射器，均匀加热面上的能量利用率很低。因此，辐射定向性、均匀性研究有助于提高能量利用率，节约能源，符合节能为本、能源利用可持续发展战略 方向辐射特性的实验研究: 方向辐射特性即辐射定向性的测量是本文的中心内容之一，辐射定向性的好坏将直接影响定向器的成功与否，因此它在本文中的地位极其重要，是评价定向器定向效果的重要参数。 1.实验装置及方向性实验测试原理 方向性实验测试原理: 辐射器的半球辐射能通常是以半球面测定法测定的。它的基本原理是以辐射面的几何中心为中心，取半径为R的半球面，在此半球面上取若干个面积相等的表面，并取表面上的某一点作为测点，使得该点的入射辐射热流密度与其表面积的乘积等于该表面所接受的辐射能。 具体做法为：由于燃气辐射定向器的有效辐射是单元辐射，因此，几乎所有的有效辐射能都分布在辐射板面的迎风半球面内。管口溢出辐射能主要是计量定向管管口向半球空间内溢出的辐射能。取半径为R的半球面，将其按经、纬方向划分为若干个单元格。在本测试系统中，半球面半径取0.5m，先用四条纬度线将半球面划分为面积比为1:8:8:8:8的一个圆球面和四个圆环，再在经度方向每旋转45o把四块大面积圆环部分等分为8个小部分，因此，总共有33块面积相等的表面，如图1-1所示。 在每部分表面的中心位置取一微元面积，该处即为一个测点，则辐射热流传感器接收到的能量即为该测点的辐射热流密度，通过计算确定测点的位置后，我们就可以把该热流密度作为该部分网格表面的平均热流密度。本测试系统在沿径向方向的1/4圆弧上的网格中心位置设置5个测点，通过圆弧转臂绕固定点旋转90o(由于管径尺寸相对于被测点的距离很小，可将管口辐射看作一个点光源处理。考虑到对称性，只需考虑四分之一空间内的各点。当取不同的天顶角?兹时，分别对不同的周向角β(0?燮β?燮90o)的空间各点的热流密度进行测量。），这样就可以测得每部分表面的平均能量密度，然后乘以各自的表面积，累计相加，便可以得到辐射半球表面的总的辐射能，计算公式： Q=qS=2?仔Rq （1-1） 图1-1 半球空间辐射热流密度测点布置示意图 测点位置确定的是否合理直接影响到测量结果的准确度,下面介绍一下测点位置的具体确定方法. 把半径为r半球面划分为:::,分别为表面Ⅰ、П、Ш、Ⅳ、V五部分。然后按经线方向旋转，每旋转45便把П、Ш、Ⅳ、V表面分成4部分，加上Ⅰ表面，这样半球空间就被分为33个表面积相等表面，如图1-1所示。 下面先求出夹角α1，α2，α3，α4，确定Ⅰ、П、Ш、Ⅳ、V表面的位置。通过球冠的面积公式S＝2?仔rh和网格划分的方法分别对球冠面积进行计算，则Ⅰ表面列出的方程为： S＝2?仔r(1-cosα)= （1-2） ∴α=14.14° Ⅰ+Ⅱ表面的面积 2?仔r(1-cosα)=×9 （1-3） 解得 α=43.34° 同理可得：α=61.00°，α=75.97° 图1-2 测点的平面布置图 下面把面积为dA的定向管管口截面看作点辐射源，辐射强度为Ⅰ。 图1-3 半球空间的辐射换热模型 在Ⅱ表面上取一微元面积dA做为测点2的位置。 微元面积 dA=rsin?兹d?兹?rd?茁=rsin?兹d?兹d?茁 （1-4） dA接受到的辐射能为 dQ=IdAcos?兹d?赘=IdAcos?兹=IdAcos?兹sin?兹d?兹d?茁 （1-5） 因此，该点的热流密度 q=== （1-6） 则把Ⅱ表面8等份后，1/8Ⅱ表面面积接受的辐射能为： Q=dQ=IdA’d?赘=d?茁IdAcos?兹sin?兹d?兹=0.161IdA （1-7） 由辐射能测试原理：Q=A×q 因此，Q=A×q=dA×=× （1-8） （1-7）（1-8）式联立可得： Q=×=0.161IdA （1-9） cos?兹=0.842 ∴?兹=32.0° 同理可得：?兹=52.7°，?兹=68.7°，?兹=83.1° 由于实验要求在小角度内得到测点的热流密度值，因此将α为区间0°～43.34°内重新划分网格，方法为天顶角每隔6°取一个测点，即新增的测点对应的天顶角分别为6°，12°，18°，24°，30°，36°，42°。 不同天顶角内的曲面面积为 S=2?仔Rsin?兹d?兹 （1-10） 经计算，不同天顶角6°，12°，18°，24°，30°，36°，42°，61.00°，75.97°区域对应的面积占半球球面面积的比例为0.5478%、1.6374%、2.7091%、3.7511%、4.752%、5.7008