Fluent高温含粒子自由流辐射传输特性模拟(2)
上世纪八九十年代开始，就有很多关于粒子辐射传输特性的研究了，但是由于设备等种种原因，对于高温粒子的辐射特性方面的研究不是很多。近年来，陆续有对于高温粒子物性的研究报道出现，国内外很多领域中对于高温粒子的关注度也逐渐提升，科技发展日新月异，充分利用高温粒子流的辐射特性也成为我们必须努力的方面，所以也出现了不少对于这方面的研究。
不论在自然界还是工业生产中，很多物质及产品（包括中间产品）呈现粒子状态，据统计，工业中有50%以上的产品与中间产品呈颗粒状[1]。粒子的吸收、发射及散射在许多工程及环境系统内扮演者重要的角色。其中典型的含粒子介质包括：含炭黑及飞灰的火焰，射流及固体火箭尾喷焰，含微粒半透明材料如感光材料、含微粒红外隐身涂料、纳米粒子半导体材料如硒化镉、硫化铅等[2]。煤、炭黑、焦炭和飞灰等粒子显著增强火焰内的辐射传热；燃烧的金属或金属氧化物粒子成为影响固体燃料火箭发动机及尾喷焰内辐射行为的主要因素；云及大气中的气溶胶粒子对太阳辐射的散射在文持地球能量平衡方面起重要作用；其他的如内燃机含燃料粒子的气体、催化反应器内反应物、红外隐身材料等。粒子辐射特点是：具有光谱选择性，非线性各向异性散射，辐射能力远强于气体。具体而言，对于固体火箭发动机喷焰，其内部含有大量高温粒子Al2O3 、MgO、ZrO2和发射性气体H2O、CO2、CO。
粒子流是高速流动的粒子所形成的。高温含粒子自由流辐射特性在火焰温度测量、燃烧诊断、目标探测等领域有重要的研究意义和应用背景[3,4,5]。例如固体发动机尾喷焰是典型的高温含粒子流，其红外辐射特性是许多空中目标的红外辐射的主要来源，对于目标探测与识别、目标跟踪已经制导技术的发展来说，对此的研究具有非常重要的意义；对于热处理设备，比如高温燃气流动粒子炉，煤、炭黑和飞灰粒子对于燃烧效率有着显著的影响，充分了解其辐射特性并加以利用，能显著增强火焰内的辐射传热。
1.2 国内外研究现状及分析
1.3 粒子辐射问题的分类
表征粒子辐射特性的参数有多种，大体可归为三类：（1） 表征物质本身特性的基本参数(例如：复折射率)；（2）由基本参数，结合一定理论定义的导出参数(吸收、散射、衰减系数)；（3） 直接由实验结果归纳整理出来的、适用于实验条件下计算的表观参数(粒子系黑度)，直接用于辐射问题计算的粒子系辐射特性参数(如粒子系衰减系数、粒子系发射率等)。
目前，研究粒子系的辐射特性有两种方法。（1） 光谱法:该法首先利用电磁理论确定单个粒子的单色辐射特性参数(光学常数，单色吸收、散射及衰减因子，散射相函数等)，然后结合粒子浓度、粒径分布等非辐射性参数计算粒子系的单色辐射特性参数，进而利用某种平均方法求粒子系全色辐射特性参数。（2）直接实验法:该法利用现场或实验室的含粒子气流的辐射特性实验数据，结合一定的理论分析及数据整理方法，直接得到粒子系辐射特性参数的经验公式。
按研究方法来分，粒子辐射特性参数的研究又可以分为：正问题和反问题研究。目前，粒子反问题研究的内容很广，包括：物性反问题(例如反演粒子散射反照率、粒子系光学厚度、粒子系吸收系数分布、粒子散射相函数、粒子的光学常数及大粒子表面发射率等)，几何反问题(例如反演粒径分布、粒子数密度等)及源项反问题(例如反演辐射源项等)。正问题研究的内容包括：（1） 小粒子散射、吸收及衰减特性参数(利用粒子光学常数和粒子尺度参数计算)；（2）粒子散射相函数(利用粒子光学常数和粒子尺度参数计算)；（3）粒子系单色辐射特性参数(利用单个粒子参数及粒子系浓度参数计算)；（4）粒子系全色辐射特性参数(利用粒子系单色辐射特性参数按光谱积分计算)；⑸ 含粒子介质内的温度场及辐射换热计算。