多组分碳氢燃料高温热辐射特性及其对热输运的影响机理研究

碳氢燃料热辐射特性是研究其传热、蒸发等过程的基础。本项目针对碳氢燃料类航空航天发动机高温燃烧技术关键基础科学问题，采用实验研究与数值模拟相结合的方法，从机理上认识碳氢燃料热辐射特性，定量分析热辐射特性对其热输运的影响机制，探索与揭示多组分碳氢燃料传热机理及热辐射特性对传热的影响规律。研究内容主要包括：（1）碳氢燃料热辐射特性实验平台光热传输的误差不确定度分析；（2）多组份碳氢燃料高温热辐射特性分析；（3）液态碳氢燃料高温热辐射特性对热输运的影响机制分析。通过本项目的研究，认识多组分碳氢燃料类半透明介质内热、光传输特性及影响因素，掌握碳氢燃料高温热辐射特性及其对热输运的影响机理。该项目属于应用基础研究，在航空航天发动机、内燃机、增压锅炉等热动力技术及能源环境等领域有重要的应用背景和发展需求。理论上，涉及热辐射理论、实验传热学、流体力学、光学和计算物理等多个学科的交叉。

液态碳氢燃料属于具有光谱选择性的半透明介质，在航空航天、能源动力、化工等领域得到广泛应用，其吸收系数等热辐射特性参数是燃烧、高温热转换、红外测量等过程研究和设计分析的基础数据，获取液态碳氢燃料的热辐射特性参数数据是研究其传热、蒸发等过程的基础。本项目采用实验研究与数值模拟相结合的方法，从机理上认识碳氢燃料热辐射特性，定量分析热辐射特性对其热输运的影响机制，探索与揭示多组分碳氢燃料传热机理及热辐射特性对传热的影响规律。通过开展热辐射传递计算方法研究，对传统蒙特卡洛法进行了改进，解决高温热辐射试验平台光热传输计算量大且难以精确计算的问题；通过开展实验平台表面辐射特性测量研究，设计、搭建了非均匀表面红外发射率测量装置，解决热辐射试验平台光热传输的误差不确定度量化分析中非均匀表面高温发射率等基础参数缺乏的问题。针对多组份碳氢燃料高温热辐射特性实验研究，建立多组份碳氢燃料热辐射特性实验模型，设计了液态碳氢燃料中高温透射光谱测量光路与实验装置，实现了不同温区下填充液态碳氢燃料光学腔及样品封装窗口透射光谱的测量，为获取液态碳氢燃料及样品封装窗口光谱性质研究提供了实验手段。针对热辐射特性反演计算研究，开展了液态燃料热辐射吸收特性参数理论研究，从扩展应用材料范围与提高计算精度两方面对传统双厚度法进行了改进，基于窗口-液态碳氢燃料-窗口三层结构光谱透射比，建立了求解液态碳氢燃料光谱性质的新型双厚度法模型，并应用该方法得到了高温下典型航空煤油的红外光谱辐射特性参数，为相关研究和应用提供基础的热辐射物性数据。本研究涉及传统的热辐射理论、实验传热学、流体力学、光谱学、光学和计算物理等多个学科的交叉，是目前国际上热辐射及相关领域的前沿课题。