非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法、系统、设备及介质技术方案

非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法、系统、设备及介质，其方法为：沿确定视线方向提取高超声速飞行器绕流场中温度、压强及组分浓度的分布数据；对上述数据进行分层处理；根据真实流场组分，在碰撞

【技术实现步骤摘要】
非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于分子光谱辐射的相关计算
，尤其涉及一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]目前，随着航天航空事业的不断发展，人们对高速飞行器探测的精确性与快速性的要求也在不断提升，研究高速飞行器本体辐射的特性具有极其重要的战略意义与军事意义。在高速飞行器飞行的过程中，在飞行器弹头部分将形成弓形激波层；此外，推进剂在喷管中燃烧并发生化学反应产生尾喷焰。在激波层和尾焰中存在分子原子的振
‑
转跃迁，使得流场处于非平衡状态。此外，在高温流场中碳基材料与周围大气发生碳氮反应，其主要的产物为CN自由基在紫外及可见波段存在三个明显的特征峰，是飞行器探测识别的主要辐射源之一。因此，得到流场中CN自由基准确的激波态能级布局就成为研究飞行器本体紫外辐射的首要问题。
[0003]目前求解CN自由基的激发态能级布局主要采用局部热力学平衡(LTE)模型和碰撞
‑
辐射(C
‑
R)模型。在LTE模型中，仅考虑了由重粒子碰撞引起CN的基态(X)和第二激发态(B)之间的程和分子自发辐射效应。C
‑
R模型在LTE模型的基础上增加了电子诱导的激发反应和复合反应，以及重粒子碰撞引起的复合反应。在准稳态的假设下，根据流场组分及温度压力等条件可将上述两个模型的主方程表示为矩阵形式，通过求解矩阵中化学反应速率、分子数密度等参数可获得CN激发态能级数密度。
[0004]现有求解非平衡态CN自由基能级数密度的模型(文献[1]Wright M,Olejniczak J,Walpot L,et al.A Code Calibration Study for Huygens Entry Aeroheating[C].44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.2006.
[0005][2]Surzhikov S T.Radiative
‑
collisional models in non
‑
equilibrium aerothermodynamics of entry probes[J].Journal of Heat Transfer,2012,134(3):031002.1
‑
031002.11.
[0006][3]Brandis A M,Laux C O,Magin T,et al.Comparison of Titan Entry Radiation Shock
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Tube Data with Collisional
‑
Radiative Models[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer,2015,28(1):32
‑
38.)均具有以下缺点：在LTE和C
‑
R模型中，忽略了流场中电子的影响以及激发态A与B之间的跃迁过程，从而简化了计算过程。此种简化和假设通常误差较大，分析问题较为粗糙，无法真正描述分子激发态能级布局情况。此外，化学反应速率是LTE和C
‑
R模型中的重要参数，但目前对模型中化学反应速率的处理大多为假设正逆速率相等。综上，现有技术的简化和假设通常误差较大，分析问题较为粗糙，无法真正描述分子激发态能级布局情况。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种非平衡流中CN紫外光
谱辐射特性测定方法、系统、设备及介质，根据真实流场组分，在碰撞
‑
辐射模型中考虑了电子反应的影响，增加了激发态A和B之间的跃迁过程，并对模型中各化学反应逆向速率进行了求解；通过对模型的完善及化学反应速率的精确求解，提升了CN(B)能级数密度的计算精度，从而显著提高了高超声速飞行器非平衡绕流场中CN紫外光谱辐亮度计算的准确性，为高速目标的精确探测提供了理论依据。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法，具体包括以下步骤：
[0010]步骤1、沿确定视线方向提取高超声速飞行器绕流场中温度、压强及组分浓度的分布数据；
[0011]步骤2、对步骤1中的视线方向数据进行分层处理，获得每层的温度、压强及组分浓度数据；
[0012]步骤3、推导增加电子参与反应的CN C
‑
R模型在准稳态假设下主方程的矩阵形式；
[0013]步骤4、计算CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应速率；
[0014]步骤5、将步骤2中的流场数据以及步骤4中的化学反应速率代入步骤3中的主方程矩阵中，计算出CN(B)能级的数密度N；
[0015]步骤6、根据视在积分法，编程计算流场中沿确定视线的CN光谱辐亮度。
[0016]所述步骤3的具体方法为：
[0017]3.1)根据流场真实组分分布，在CN C
‑
R模型中考虑电子的影响，即加入电子诱导的激发/退激发反应和电子诱导的复合反应其中，和分别表示由电子碰撞诱导在能级i和j之间跃迁产生的激发/退激发反应的速率和三体复合反应的速率；
[0018]3.2)给出CN C
‑
R模型主方程对应的矩阵形式；在准稳态的假设下，主方程中项恒等于零，则对应的矩阵形式为：
[0019][0020]其中，n
X
、n
A
和n
B
分别CN分子基态，第一激发态和第二激发态的数密度，考虑CN的基态(X)、激发态(A和B)的能级布局，即i和j的取值为1、2、3；
[0021]3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:
[0022][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029]其中，K
(i,j)
(T)和K
(c,i)
(T)分别表示由重粒子碰撞诱导在能级i和j之间跃迁产生的激发/退激发反应的速率和三体复合反应，A(i
,j)
表示CN分子的电子能级从能级i跃迁到能级j发出光子而引起的自发辐射反应的速率，K
(i,c)
和为由重粒子或电子碰撞引起的三体复合反应的逆反应速率。
[0030]步骤4所述的CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应包括重粒子/电子诱导的激发反应、重粒子/电子诱导复合反应和自发辐射反应，其中，自发辐射反应的吸收过低，可认为自发辐射反应不存在逆向过程，只需考虑正向过程，自发辐射反应正向反应速率为已知。
[0031]步骤4所述的CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应速率计算包括：
[0032]4.1)已知重粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、沿确定视线方向提取高超声速飞行器绕流场中温度、压强及组分浓度的分布数据；步骤2、对步骤1中的视线方向数据进行分层处理，获得每层的温度、压强及组分浓度数据；步骤3、推导增加电子参与反应的CN C
‑
R模型在准稳态假设下主方程的矩阵形式；步骤4、计算CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应速率；步骤5、将步骤2中的流场数据以及步骤4中的化学反应速率代入步骤3中的主方程矩阵中，计算出CN(B)能级的数密度N；步骤6、根据视在积分法，编程计算流场中沿确定视线的CN光谱辐亮度。2.根据权利要求1所述的一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：3.1)根据流场真实组分分布，在CN C
‑
R模型中考虑电子的影响，即加入电子诱导的激发/退激发反应和电子诱导的复合反应其中，和分别表示由电子碰撞诱导在能级i和j之间跃迁产生的激发/退激发反应的速率和三体复合反应的速率；3.2)给出CN C
‑
R模型主方程对应的矩阵形式；在准稳态的假设下，主方程中项恒等于零，则对应的矩阵形式为：其中，n
X
、n
A
和n
B
分别CN分子基态，第一激发态和第二激发态的数密度，考虑CN的基态(X)、激发态(A和B)的能级布局，即i和j的取值为1、2、3；3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:3.3)推导矩阵B和矩阵A中各元素的详细计算表达式:其中，K
(i,j)
(T)和K
(c,i)
(T)分别表示由重粒子碰撞诱导在能级i和j之间跃迁产生的激发/退激发反应的速率和三体复合反应，A
(i,j)
表示CN分子的电子能级从能级i跃迁到能级j
发出光子而引起的自发辐射反应的速率，K
(i,c)
和为由重粒子或电子碰撞引起的三体复合反应的逆反应速率。3.根据权利要求1所述的一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法，其特征在于，步骤4所述的CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应包括重粒子/电子诱导的激发反应、重粒子/电子诱导复合反应和自发辐射反应，其中，自发辐射反应的吸收过低，可认为自发辐射反应不存在逆向过程，只需考虑正向过程，自发辐射反应正向反应速率为已知。4.根据权利要求3所述的一种非平衡流中CN紫外光谱辐射特性测定方法，其特征在于，步骤4所述的CN C
‑
R模型矩阵中的化学反应速率的计算包括：4.1)已知重粒子诱导激发反应的正向反应速率为K
(i,j)
(T)，利用公式计算出对应的重粒子诱导激发反应的逆向反应速率，其中，平衡常数T
a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙梦君，白璐，史慧刚，李海英，尚庆超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：