一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法，屬于熱學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法在石墨黑體腔端部錐形設(shè)計方面，利用輻射換熱角系數(shù)理論作為分析工具，提出石墨黑體腔端部內(nèi)壁面與腔內(nèi)壁面(包括底面)輻射換熱一致的假設(shè)，進而計算推論出石墨黑體腔端部錐形的相關(guān)參數(shù)。本發(fā)明原理可行，假設(shè)合理，實踐效果好，適用于高溫黑體輻射源石墨黑體腔的設(shè)計。
【專利說明】一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法，屬于熱學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]高溫黑體輻射源常用于輻射溫度計的檢定和校準，溫度范圍(800~3000) °C，一般采用石墨管作為加熱元件，以低電壓大電流的方式對石墨管進行通電加熱；石墨管為雙黑體腔設(shè)計，中間為靶面(黑體腔底面)，便于輻射溫度計的測量以及溫度控制。由于石墨黑體腔端部內(nèi)壁面接近腔口，輻射散熱損失大，通常采用錐形設(shè)計以減小石墨黑體腔的局部截面積，從而增大局部電阻，增大局部發(fā)熱量，彌補散熱損失，保證黑體腔壁面溫度梯度接近腔口時不驟減。
[0003]現(xiàn)有高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法，在石墨黑體腔端部錐形設(shè)計方面并沒有經(jīng)過有理論依據(jù)的計算過程，僅憑工程經(jīng)驗進行估計，往往效果不好，且不利于進一步深層次的分析設(shè)計。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種原理可行，假設(shè)合理，實踐效果好，適用于高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明涉及的一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:在高溫黑體輻射源的雙黑體腔中的一側(cè)石墨黑體腔的錐形段的內(nèi)壁面上取2個微元環(huán)，2個微元環(huán)分別用符號Ctl和C1表示；微元環(huán)Ctl和C1在石墨黑體腔內(nèi)壁面上的面積分別為A0和A1 ;當微元環(huán)Ctl和C1趨于無窮窄時，微元環(huán)Ctl和C1在石墨黑體腔內(nèi)壁面上的面積分別用ClAtl和ClA1表示；所述微元環(huán)Ctl和C1均與高溫黑體輻射源同軸，且微元環(huán)Ctl和C1的兩端端面所在平面均垂直于高溫黑體輻射源的軸線。
[0008]步驟2:微元環(huán)CdP C1對腔口圓面(用符號A表示)的輻射換熱角系數(shù)分別為F。和匕；微元環(huán)Ctl的兩端端面在所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁上的環(huán)形截面之間的石墨黑體腔壁部分(用符號Stl表示)的電阻值為Rtl，微元環(huán)C1的兩端端面在所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁上的環(huán)形截面之間的石墨黑體腔壁部分(用符號S1表示)的電阻值為R1，通過所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁的Stl段與S1段的電流相同，電流值均為I。假設(shè)兩微元環(huán)Ctl和C1對石墨黑體腔內(nèi)輻射換熱的貢獻一樣，反過來，石墨黑體腔內(nèi)壁面對兩個微元環(huán)Ctl和C1的作用一樣，從而得出公式(I)。
[0009]I2.dR0.(1-F0) = I2.ClR1.(1-F1)(I)
[0010]步驟3:在與微元環(huán)Ctl和C1位于同一側(cè)石墨黑體腔的錐形段的內(nèi)壁面上取任意一微元環(huán)，用符號C表示；微元環(huán)C與高溫黑體輻射源同軸，且微元環(huán)C的兩端端面所在平面均垂直于高溫黑體輻射源的軸線。微元環(huán)C對腔口圓面A的輻射換熱角系數(shù)為F。利用電阻計算公式及微元環(huán)對腔口圓面的輻射換熱角系數(shù)公式，由步驟2中得到的公式(I)得出公式⑵。
[0011]

【權(quán)利要求】
1.一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設(shè)計方法，其特征在于:其包括如下步驟: 步驟1:在高溫黑體輻射源的雙黑體腔中的一側(cè)石墨黑體腔的錐形段的內(nèi)壁面上取2個微元環(huán)，2個微元環(huán)分別用符號Ctl和C1表示；微元環(huán)Ctl和C1在石墨黑體腔內(nèi)壁面上的面積分別為A0和A1 ;當微元環(huán)Ctl和C1趨于無窮窄時，微元環(huán)Ctl和C1在石墨黑體腔內(nèi)壁面上的面積分別用ClAtl和ClA1表示；所述微元環(huán)Ctl和C1均與高溫黑體輻射源同軸，且微元環(huán)Ctl和C1的兩端端面所在平面均垂直于高溫黑體輻射源的軸線； 步驟2:微元環(huán)Ctl和C1對腔口圓面A的輻射換熱角系數(shù)分別為Ftl和F1 ;微元環(huán)Ctl的兩端端面在所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁上的環(huán)形截面之間的石墨黑體腔壁部分Stl的電阻值為Rtl,微元環(huán)C1的兩端端面在所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁上的環(huán)形截面之間的石墨黑體腔壁部分S1的電阻值為R1，通過所述高溫黑體輻射源的石墨黑體腔壁的Stl段與S1段的電流相同，電流值均為I ;假設(shè)兩微元環(huán)Ctl和C1對石墨黑體腔內(nèi)輻射換熱的貢獻一樣，反過來，石墨黑體腔內(nèi)壁面對兩個微元環(huán)Cc^P C1的作用一樣，從而得出公式(I)；I2.dR0.(1-F0) = I2.ClR1.(1-F1)(I) 步驟3:在與微元環(huán)Ctl和C1位于同一側(cè)石墨黑體腔的錐形段的內(nèi)壁面上取任意一微元環(huán)，用符號C表示；微元環(huán)C與高溫黑體輻射源同軸，且微元環(huán)C的兩端端面所在平面均垂直于高溫黑體輻射源的軸線；微元環(huán)C對腔口圓面A的輻射換熱角系數(shù)為F ;利用電阻計算公式及微元環(huán)對腔口圓面的輻射換熱角系數(shù)公式，由步驟2中得到的公式(I)得出公式(2)；
其中，t為石墨管錐形段的壁厚；r為石墨黑體腔半徑；X為微元環(huán)C至腔口圓面A的距離；k為未知常數(shù)； 步驟4:將步驟3得到的公式⑵看做是以X為變量的函數(shù)；在xe (O, 4r)區(qū)間內(nèi)對公式(2)中的t進行線形擬合，通過估計并調(diào)整k值，使得擬合的直線在X = 3.2r時t =b ;其中，b是石墨管非錐形段的壁厚，b的值由人為預(yù)先設(shè)定； 選擇x = 3.2r處，是因為輻射換熱角系數(shù)F在(0，4r)區(qū)間內(nèi)擬合直線經(jīng)過此點，且擬合總體等效效果最好； 經(jīng)過步驟4的操作，得到公式⑵中的未知常數(shù)k;在公式⑵中，當X = O時，得到所擬合直線的截距為a,
, a是石墨管端部最薄處石墨管的厚度；
經(jīng)過上述步驟的操作，即可完成對高溫黑體輻射源石墨黑體腔的設(shè)計。
【文檔編號】G01J5/00GK104075807SQ201410361325
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】董磊, 張學(xué)聰, 蔡靜, 張術(shù)坤 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所