(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111652969.3 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号西 安电子科技大 学 (72)发明人 石磊　李芳艳　姚博　张玉玥　 杜悦帆　李小平　 (74)专利代理 机构 西安长和专利代理有限公司 61227 专利代理师 李霞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 高温气体辐射传输特性测定方法、 系统、 存 储介质及设备 (57)摘要 本发明属于目标特性和热辐射学技术领域， 公开了一种高温气体辐射传输 特性测定方法、 系 统、 存储介质及设备， 所述高温气体辐射传输特 性测定方法包括： (1)获取精确的气体辐射特性 参数； 建立多宽度谱带K分布模型； (2)计算优化 的气体辐射特性参数； (3)建立优化的气体辐射 特性参数数据库； (4)对给定条件下的气体辐射 传输特性参数进行精准预测； (5)计算辐射传输 的出射强度。 本发明通过建立准确高效的辐射特 性参数计算模型和精准地预测辐射传输特性参 数， 优化了辐射传输方程的求解， 避免了传统谱 带模型在计算辐射传输时无法兼顾精度和效率 的问题， 为高温气体辐射传输特性的计算提供了 新思路。 权利要求书4页 说明书13页 附图7页 CN 114528683 A 2022.05.24 CN 114528683 A 1.一种高温气体辐射传输特性测定方法， 其特征在于， 所述高温气体辐射传输特性测 定方法包括： 获取精确的气体辐射特性参数； 建立多宽度谱带K分布模型； 计算优化的气体 辐射特性参数； 建立优化的气体辐 射特性参数数据库； 对给定条件下 的气体辐 射传输特性 参数进行精准预测； 计算辐 射传输的出射强度； 通过建立辐 射特性参数计算模型和精准地 预测辐射传输特性 参数， 优化辐射传输方程的求 解。 2.如权利要求1所述的高温气体辐射传输特性测定方法， 其特征在于， 所述高温气体辐 射传输特性测定方法包括以下步骤： 第一步， 获取精确的气体辐射特性参数谱线： 输入环境温度T、 压强P、 气体摩尔分数Mf， 光谱数据库中气体分子谱线中心波数σ、 线强Sσ、 跃迁低态能El、 空气增宽温度依赖指数Nt、 空气增宽半宽Lenv和自增宽半宽Lself， 根据多普勒展宽和洛伦兹展宽相互独立的原则， 采用 Voigt线型， 确定非标准状态下的谱线强度Sσ(P,T)和线型函数F( σ ‑σ0)， 采用逐线积分模型， 计算叠加后的精确吸 收系数谱线k( σ )； 第二步， 统计精确气体辐射特性参数谱线趋势： 输入精确吸收系数谱线k( σ )， 窄带宽度 Δσ， 通过三 点式求导法计算得到谱线在波数σ 处的拟合 斜率k'( σ )； 第三步， 建立多宽度谱带K分布MWBK模型： 输入精确吸收系数谱线k(σ )， 谱线拟合斜率 k'(σ )， 最佳斜率临界值k'0， 谱带划分带宽范围Δσmin‑Δσmax， 建立多宽度谱带K分布模型， 计算最佳斜率临界值 k'0下的吸收系数谱线K( σ )； 第四步， 建立优化的气体辐射特性参数数据库： 输入环境温度范围T1～Tn、 压强范围P1 ～Pn、 气体摩尔分数分布Mf1～Mfn； 重复第一步 ‑第三步， 建立不同梯度温度Ti、 压强Pi、 摩尔 分数Mfi下优化的吸 收系数数据库KTi,Pi,Mfi( σ )； 第五步， 基于优化辐射特性参数数据库计算气体辐射传输特性： 基于优化的吸收系数 数据库， 通过三维线性插值算法预测给定条件下的吸收系数KT*,P*,Mf*( σ )； 解辐射传输方程， 并通过视在光线法(LOS)计算 流场中沿LOS方向上气体辐射出射强度I( σ )。 3.如权利要求2所述的高温气体辐射传输特性测定方法， 其特征在于， 所述第 一步的获 取精确的气体辐射特性 参数谱线包括如下步骤： (1)计算非标准状态下的谱线强度Sσ(P,T)： 输入标准状态下压强P0、 温度T0、 线强Sσ(P0, T0)， 流场温度T、 压强P， 总配分函数Q(T)， 跃迁低态能El， 普朗克常数h， 光速c， 玻尔兹曼 常数 k， 求得谱线在波数σ 处的强度Sσ(P,T)； (2)计算中心波数为σ0的谱线在波数σ 处的展宽线型函数F(σ ‑σ0)： 输入多普勒展宽、 洛 伦兹展宽和Voigt线型的谱线半高宽Wd、 Wl和Wv， 根据多普勒展宽和洛伦兹展宽相互独立的 原则， 采用Vo igt线型近似计算展宽线型函数 F( σ‑σ0)； (3)采用逐线积分模型计算单一气体精确气体吸收系数kj(σ )： 输入非标准状态下的谱 线强度Sσ(P,T)和线型函数F( σ ‑σ0)； 逐条叠加所有吸收谱线在波数σ 处的贡献， 得到精确气 体吸收系数谱线kj( σ )， j表示气体种类； (4)计算混合气体的精确吸收系数谱线k( σ )： 对于混合气体， 结合(1)和(2)得到单一气 体j的精确吸收系数谱线kj( σ )， 逐条叠加所有气体吸收谱线在波数σ 处的贡献， 得到混合气 体精确吸 收系数谱线k( σ )。 4.如权利要求2所述的高温气体辐射传输特性测定方法， 其特征在于， 所述第 二步的统 计精确的气体辐射特性 参数谱线趋势包括如下步骤：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114528683 A 2(1)计算吸收系数谱线在波数σ 处的平均吸收系数 输入单位带宽Δσ， 以Δσ 为单 位将谱线沿波 数σ 方向均分成多个小窄带， 以单个小窄带为最小计算单元， 求得在中心波 数 σ 处平均吸 收系数 (2)计算吸收系数谱线在波数σ 处的拟合斜率k'(σ )： 输入所有小窄带的带宽Δσ、 中心 波数σ 及平均吸收系数 取中心波数σi左右相邻的波数σi‑1、 σi+1， 平均吸收系数为k( σi‑1)、 k(σi)、 k(σi+1)， 进行三点式求导， 得到谱线在波数σi处的拟合斜率k'(σi)， 依次计算谱线在 所有波数σ 处的拟合 斜率k'σ。 5.如权利要求2所述的高温气体辐射传输特性测定方法， 其特征在于， 所述第 三步的建 立多宽度谱带 K分布模型包括如下步骤： (1)计算最佳斜率临界值k'0： 输入精确气体吸收系数谱线k(σ )， 斜率临界值样本范围 k'min‑k'max； 对每个样本点k'i通过多宽度谱带K 分布模型得到气体吸收系数Ki( σ )， 多宽度谱 带K分布模型建模方法在(2)给 出； 采用k(σ )计算传输距离L时的总透射率τ， 并统计程序耗时t， 基于k(σ )计算总透射率τ 及辐射强度IL( σ )方法在(4)给 出； 采用Ki( σ )计算传 输距离L时的总透射率τi及耗时ti， 基于K( σ )计算总透射率τ及辐射强 度IL( σ )方法在(5)给 出； 统计在样本点 k'i处两者计算结果的误差比Ei和耗时比Ti， 公式如下： Ei＝| τi‑τ|/ τ＜Eline； Ti＝(t‑ti)/t＞Tline； 其中Eline为允许的最大误差比、 Tline为提高的最低耗时比， 舍弃不满足条件的样本点； 通过数据标准 化方法， 计算每 个样本点的系统性能Pi： 统计所有样本点结果， 使得系统性能Pi最大的样本点 k'i即为最佳斜率临界值 k'0； (2)建立多宽度谱带K分布模型： 输入精确气体吸收系数谱线k(σ )， 谱线拟合斜率k' ( σ )， 斜率临界值k'0， 谱带划分带宽范围Δσmin‑Δσmax； 沿波数σ 增大方向将谱线k( σ )分为谱 线拟合斜率k'( σ )小于斜率临界值k'0的谱段Mi、 谱线拟合斜率k'( σ )大于斜率临界值k'0的 谱段Ma； 对于每个Mi谱段， 按照谱带划分最小带宽Δσmin分为MMi个小谱带； 对于每个小谱带采 用K分布方法得到谱带中心波数σMi处的吸收系数KMi( σMi)， K分布方法在(3)给 出； 对于每个Ma谱段， 谱段宽度Δσ， 按照谱带划分个数 均分为MMa个大 谱带； 对于每 个大谱带采用K分布方法得到谱带中心波数σMa处的吸收系数KMa( σMa)； 统计所有谱带中心波数和吸 收系数， 得到优化的吸 收系数谱线K( σ )； (3)采用谱带K分布方法计算气体辐射特性参数KK( σK)： 输入谱带Δσ 内精确气体吸收系 数谱线k( σ )、 波数σ； 引入Dirac ‑delta函数δ(k)， 对k( σ )计算其概率密度函数f(k)及累计分 布函数g(k)； 采用Gau ss‑Lobatto7点积分法， 得到g(k)中对应7个取值点gj的一组气体吸收权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114528683 A 3