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

【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設計方法，屬于熱學【技術領域】。

【背景技術】
[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壁面接近腔口，輻射散熱損失大，通常采用錐形設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]現有高溫黑體輻射源石墨黑體腔設計方法，在石墨黑體腔端部錐形設計方面并沒有經過有理論依據的計算過程，僅憑工程經驗進行估計，往往效果不好，且不利于進一步深層次的分析設計。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種原理可行，假設合理，實踐效果好，適用于高溫黑體輻射源石墨黑體腔設計的方法。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0006]本發明涉及的一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設計方法，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石墨黑體腔的錐形段的內壁面上取2個微元環，2個微元環分別用符號Ctl和C1表示；微元環Ctl和C1在石墨黑體腔內壁面上的面積分別為A0和A1 ;當微元環Ctl和C1趨于無窮窄時，微元環Ctl和C1在石墨黑體腔內壁面上的面積分別用ClAtl和ClA1表示；所述微元環Ctl和C1均與高溫黑體輻射源同軸，且微元環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CdP C1對腔口圓面(用符號A表示)的輻射換熱角系數分別為F。和匕；微元環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。假設兩微元環Ctl和C1對石墨黑體腔內輻射換熱的貢獻一樣，反過來，石墨黑體腔內壁面對兩個微元環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Ctl和C1位于同一側石墨黑體腔的錐形段的內壁面上取任意一微元環，用符號C表示；微元環C與高溫黑體輻射源同軸，且微元環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C對腔口圓面A的輻射換熱角系數為F。利用電阻計算公式及微元環對腔口圓面的輻射換熱角系數公式，由步驟2中得到的公式(I)得出公式⑵。
[0011]

【權利要求】
1.一種高溫黑體輻射源石墨黑體腔設計方法，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石墨黑體腔的錐形段的內壁面上取2個微元環，2個微元環分別用符號Ctl和C1表示；微元環Ctl和C1在石墨黑體腔內壁面上的面積分別為A0和A1 ;當微元環Ctl和C1趨于無窮窄時，微元環Ctl和C1在石墨黑體腔內壁面上的面積分別用ClAtl和ClA1表示；所述微元環Ctl和C1均與高溫黑體輻射源同軸，且微元環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Ctl和C1對腔口圓面A的輻射換熱角系數分別為Ftl和F1 ;微元環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形截面之間的石墨黑體腔壁部分Stl的電阻值為Rtl,微元環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 ;假設兩微元環Ctl和C1對石墨黑體腔內輻射換熱的貢獻一樣，反過來，石墨黑體腔內壁面對兩個微元環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Ctl和C1位于同一側石墨黑體腔的錐形段的內壁面上取任意一微元環，用符號C表示；微元環C與高溫黑體輻射源同軸，且微元環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C對腔口圓面A的輻射換熱角系數為F ;利用電阻計算公式及微元環對腔口圓面的輻射換熱角系數公式，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C至腔口圓面A的距離；k為未知常數； 步驟4:將步驟3得到的公式⑵看做是以X為變量的函數；在xe (O, 4r)區間內對公式(2)中的t進行線形擬合，通過估計并調整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的值由人為預先設定； 選擇x = 3.2r處，是因為輻射換熱角系數F在(0，4r)區間內擬合直線經過此點，且擬合總體等效效果最好； 經過步驟4的操作，得到公式⑵中的未知常數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 優先權日:2014年7月25日
【發明者】董磊, 張學聰, 蔡靜, 張術坤 申請人:中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所