Обложка Русин С.П. Определение истинной температуры непрозрачных материалов по спектру теплового излучения: Компьютерное моделирование
Id: 268509
785 руб.

Определение истинной температуры непрозрачных материалов по спектру теплового излучения:
Компьютерное моделирование

URSS. 2021. 160 с. ISBN 978-5-9710-8461-7.
  • Твердый переплет
Белая офсетная бумага.

Аннотация

Рассматриваются методы, основанные на бесконтактном определении термодинамической (истинной) температуры непрозрачного материала, когда его излучательная способность неизвестна. В качестве основного источника информации используется зарегистрированный спектр теплового излучения объекта измерения.

Наряду с известными методами предлагаются новые подходы и методы для бесконтактного определения температуры по излучению.

Книга рассчитана на ...(Подробнее)научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, интересующихся проблемой определения температуры по тепловому излучению.


Содержание
Оглавление3
Предисловие7
Введение9
Список литературы22
Глава 1. Способы представления исходных данных. Оценки интервала, к которому принадлежит искомая температура24
1.1. Генерирование исходных данных в виде спектрального распределения интенсивностей Ic (λi)24
1.2. Исходные данные задаются в виде спектрального распределения относительных интенсивностей εf (λi, Tf) = Ic (λi)/I0(λi, Tf)27
1.3. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения яркостных температур 1/Trad (λi) и Trad (λi). Оценки величины искомой температуры32
1.4. Исходные данные заданы в виде зависимости c2/(λTrad) от 1/λ37
1.5. Обсуждение и выводы45
Список литературы47
Глава 2. Использование «серого» приближения для оценки истинной температуры материала по спектральному распределению обратных яркостных температур: графический аспект48
2.1. Зависимость ln ε от λ линейно убывает в заданном спектральном интервале52
2.2. Зависимость ln ε от λ линейно возрастает в заданном спектральном интервале58
2.3. Пример использования распределения обратных яркостных температур образца из вольфрама для оценки его истинной температуры61
2.4. Выбор спектрального интервала (спектрального окна)69
2.5. Обсуждение и выводы72
Список литературы74
Глава 3. Формы представления исходных экспериментальных данных и методы определения истинной температуры объекта измерения по спектру теплового излучения75
3.1. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения интенсивностей Ic (λi)76
3.2. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения относительных излучательных способностей. Метод решения системы уравнений и проверка адекватности модели для ε (λi)77
3.2.1. Особенности постановки задачи и критерии адекватности моделей для ε входным данным77
3.2.2. Результаты вычислений. Проверка адекватности модели для ε входным данным80
3.3. Исходные данные заданы в виде спектрального распределения яркостных температур 1/Trad (λi) и Trad (λi)91
3.3.1. Исходная система уравнений и особенности метода решения91
3.3.2. Результаты вычислений. Анализ точности92
3.3.3. Уточнение решения системы (3.27) по Планку100
3.4. Обсуждение и выводы101
Список литературы105
Глава 4. Определение температуры материала по максимуму спектрального излучения106
4.1. Вывод формулы производной интенсивности собственного излучения по длине волны в точке максимума излучения объекта106
4.2. Отклонение от закона смещения Вина для реальных материалов110
4.3. Вычислительный эксперимент112
4.4. Обсуждение и выводы114
Список литературы115
Глава 5. Об определении температуры в присутствии потоков падающего излучения. Косвенная оценка температуры путем сравнения потоков излучения116
5.1. Основные соотношения116
5.2. Все тела системы имеют одну и ту же термодинамическую температуру118
5.3. Косвенная оценка истинной температуры объекта путем сравнения потоков излучения120
5.3.1. Идентификация объекта, температура которого превышает допустимую величину120
5.3.2. Идентификация человека, температура которого превышает допустимую величину123
5.4. Обсуждение и выводы125
Список литературы126
Послесловие127
Приложение А. Основные понятия, определения. Законы теплового излучения130
1. Основные определения130
2. Законы излучения абсолютно черного тела138
3. Основные радиационные свойства поверхностей142
4. Условные температуры и их связь с термодинамической (истинной) температурой непрозрачного тела144
5. Соотношения между излучательной, поглощательной, отражательной и пропускательной способностью. Закон Кирхгофа151
6. Закон Бугера154
7. Специфика определения спектральной интенсивности объекта наблюдения через смотровое окно155
7.1. Экспериментальный способ учета ослабления излучения смотровым окном156
7.2. Расчетный способ учета ослабления излучения смотровым окном156
Список литературы159
Приложение Б. Спектральная излучательная способность вольфрама160

Предисловие

Как известно, чтобы определить термодинамическую (истинную) температуру материала с помощью термометра (пирометра) излучения, необходимо знать излучательную способность места визирования. В свою очередь излучательная способность зависит от температуры, длины волны излучения, направления визирования, шероховатости поверхности и ряда других факторов и, как правило, предварительно неизвестна с требуемой точностью.

Одним из выходов из этой ситуации может быть определение искомой температуры на основании зарегистрированного спектра теплового излучения.

Суть этого подхода заключается в том, что для данного спектрального интервала выбирается параметрическая модель спектрального распределения излучательной способности места визирования; затем, на основании данных эксперимента, записывается соответствующая система уравнений, решая которую получают значения искомой температуры и параметров модели.

Однако, состояние разработки этой проблемы таково, что в некоторых справочных изданиях, посвященных способам определения температуры по излучению, не рекомендуются использовать методы определения температуры по зарегистрированному спектру излучения (см., например, фундаментальную двухтомную монографию Experimental Methods in the Physical Sciences: Radiometric Temperature Measurements: I. Fundamentals / Eds. by Zhang Z. M., Tsai B. K., Mashin G. Experimental Methods in the Physical Sciences. V. 42. Elsevier, 2009. 343 p., V. 43. Elsevier, 2010. 478 p.).

Основная причина — отсутствие системы критериев выбора для двух альтернативных подходов. Первый подход, когда для определения истинной температуры достаточно предварительной информации о монохроматической излучательной способности материала визируемого объекта. Второй подход, когда величина излучательной способности неизвестна и для определения искомой температуры необходимо зарегистрировать спектр теплового излучения (с необходимой степенью подробности) в выбранном спектральном интервале. В конечном счете, это выливается в оценку точности определения истинной температуры в соответствии с каждым из подходов.

Данная книга — это попытка показать перспективность методов многоволновой термометрии, несмотря на трудности, которые возникают при создании методов и их технической реализации.

Появление этой книги связано еще и с тем, что в Объединенном институте высоких температур Российской академии наук многие годы работал известный энтузиаст и пропагандист многоволновой пирометрии излучения проф., д. т. н. Д. Я. Свет. Он не только создавал новые методы, но и реализовывал их на практике в виде пирометров излучения оригинальной конструкции.

Книга написана, в основном, по опубликованным работам автора и не претендует на полный охват темы.

Выражаю глубокую благодарность и признательность Г. Л. Поляку, В. Н. Адрианову, Б. А. Хрусталеву, И. М. Мазилину, В. Э. Пелецкому, С. Г. Агабабову, А. А. Поскачею, Л. Н. Рыжкову, Д. П. Царапкину, с которыми мне на протяжении ряда лет довелось общаться и сотрудничать в прошлом, а также коллегам по Объединенному институту высоких температур Российской академии наук: В. А. Пет¬рову, Е. Н. Шестакову, С. В. Степанову, А. Ю. Башарину, В. Н. Сенченко, Б. Б. Зеленеру — за полезные дискуссии и конструктивную критику.

Особую благодарность и признательность выражаю проф., д. ф.-м. н. А. С. Леонову, который обратил внимание автора на возможность использования методов решения некорректно поставленных задач, и который на конкретных примерах продемонстрировал, как эти подходы можно реализовать на компьютере, а также Б. Н. Самсонову за ценные советы и помощь в области программного компьютерного обеспечения.

В заключение выражаю сердечную благодарность жене Т. М. Русиной за помощь при написании книги и поддержу.


Об авторе
Русин Сергей Петрович
Старший научный сотрудник Объединенного института высоких температур Российской академии наук, кандидат технических наук, доцент. Соавтор двух книг по термометрии. Книга С. П. Русина и В. Э. Пелецкого «Тепловое излучение полостей» (М.: Энергоатомиздат, 1987), была награждена почетным дипломом Московского общества испытателей природы. Область научных интересов: теплоперенос излучением, определение температуры по тепловому излучению, процессы самоорганизации.