一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法，属于热学【技术领域】。本发明方法在石墨黑体腔端部锥形设计方面，利用辐射换热角系数理论作为分析工具，提出石墨黑体腔端部内壁面与腔内壁面(包括底面)辐射换热一致的假设，进而计算推论出石墨黑体腔端部锥形的相关参数。本发明原理可行，假设合理，实践效果好，适用于高温黑体辐射源石墨黑体腔的设计。
【专利说明】一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法，属于热学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高温黑体辐射源常用于辐射温度计的检定和校准，温度范围(800~3000) °C，一般采用石墨管作为加热元件，以低电压大电流的方式对石墨管进行通电加热；石墨管为双黑体腔设计，中间为靶面(黑体腔底面)，便于辐射温度计的测量以及温度控制。由于石墨黑体腔端部内壁面接近腔口，辐射散热损失大，通常采用锥形设计以减小石墨黑体腔的局部截面积，从而增大局部电阻，增大局部发热量，弥补散热损失，保证黑体腔壁面温度梯度接近腔口时不骤减。
[0003]现有高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法，在石墨黑体腔端部锥形设计方面并没有经过有理论依据的计算过程，仅凭工程经验进行估计，往往效果不好，且不利于进一步深层次的分析设计。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种原理可行，假设合理，实践效果好，适用于高温黑体辐射源石墨黑体腔设计的方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]本发明涉及的一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1:在高温黑体辐射源的双黑体腔中的一侧石墨黑体腔的锥形段的内壁面上取2个微元环，2个微元环分别用符号Ctl和C1表示；微元环Ctl和C1在石墨黑体腔内壁面上的面积分别为A0和A1 ;当微元环Ctl和C1趋于无穷窄时，微元环Ctl和C1在石墨黑体腔内壁面上的面积分别用ClAtl和ClA1表示；所述微元环Ctl和C1均与高温黑体辐射源同轴，且微元环Ctl和C1的两端端面所在平面均垂直于高温黑体辐射源的轴线。
[0008]步骤2:微元环CdP C1对腔口圆面(用符号A表示)的辐射换热角系数分别为F。和匕；微元环Ctl的两端端面在所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁上的环形截面之间的石墨黑体腔壁部分(用符号Stl表示)的电阻值为Rtl，微元环C1的两端端面在所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁上的环形截面之间的石墨黑体腔壁部分(用符号S1表示)的电阻值为R1，通过所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁的Stl段与S1段的电流相同，电流值均为I。假设两微元环Ctl和C1对石墨黑体腔内辐射换热的贡献一样，反过来，石墨黑体腔内壁面对两个微元环Ctl和C1的作用一样，从而得出公式(I)。
[0009]I2.dR0.(1-F0) = I2.ClR1.(1-F1)(I)
[0010]步骤3:在与微元环Ctl和C1位于同一侧石墨黑体腔的锥形段的内壁面上取任意一微元环，用符号C表示；微元环C与高温黑体辐射源同轴，且微元环C的两端端面所在平面均垂直于高温黑体辐射源的轴线。微元环C对腔口圆面A的辐射换热角系数为F。利用电阻计算公式及微元环对腔口圆面的辐射换热角系数公式，由步骤2中得到的公式(I)得出公式⑵。
[0011]
【权利要求】
1.一种高温黑体辐射源石墨黑体腔设计方法，其特征在于:其包括如下步骤: 步骤1:在高温黑体辐射源的双黑体腔中的一侧石墨黑体腔的锥形段的内壁面上取2个微元环，2个微元环分别用符号Ctl和C1表示；微元环Ctl和C1在石墨黑体腔内壁面上的面积分别为A0和A1 ;当微元环Ctl和C1趋于无穷窄时，微元环Ctl和C1在石墨黑体腔内壁面上的面积分别用ClAtl和ClA1表示；所述微元环Ctl和C1均与高温黑体辐射源同轴，且微元环Ctl和C1的两端端面所在平面均垂直于高温黑体辐射源的轴线； 步骤2:微元环Ctl和C1对腔口圆面A的辐射换热角系数分别为Ftl和F1 ;微元环Ctl的两端端面在所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁上的环形截面之间的石墨黑体腔壁部分Stl的电阻值为Rtl,微元环C1的两端端面在所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁上的环形截面之间的石墨黑体腔壁部分S1的电阻值为R1，通过所述高温黑体辐射源的石墨黑体腔壁的Stl段与S1段的电流相同，电流值均为I ;假设两微元环Ctl和C1对石墨黑体腔内辐射换热的贡献一样，反过来，石墨黑体腔内壁面对两个微元环Cc^P C1的作用一样，从而得出公式(I)；I2.dR0.(1-F0) = I2.ClR1.(1-F1)(I) 步骤3:在与微元环Ctl和C1位于同一侧石墨黑体腔的锥形段的内壁面上取任意一微元环，用符号C表示；微元环C与高温黑体辐射源同轴，且微元环C的两端端面所在平面均垂直于高温黑体辐射源的轴线；微元环C对腔口圆面A的辐射换热角系数为F ;利用电阻计算公式及微元环对腔口圆面的辐射换热角系数公式，由步骤2中得到的公式(I)得出公式(2)；
其中，t为石墨管锥形段的壁厚；r为石墨黑体腔半径；X为微元环C至腔口圆面A的距离；k为未知常数； 步骤4:将步骤3得到的公式⑵看做是以X为变量的函数；在xe (O, 4r)区间内对公式(2)中的t进行线形拟合，通过估计并调整k值，使得拟合的直线在X = 3.2r时t =b ;其中，b是石墨管非锥形段的壁厚，b的值由人为预先设定； 选择x = 3.2r处，是因为辐射换热角系数F在(0，4r)区间内拟合直线经过此点，且拟合总体等效效果最好； 经过步骤4的操作，得到公式⑵中的未知常数k;在公式⑵中，当X = O时，得到所拟合直线的截距为a,
, a是石墨管端部最薄处石墨管的厚度；
经过上述步骤的操作，即可完成对高温黑体辐射源石墨黑体腔的设计。
【文档编号】G01J5/00GK104075807SQ201410361325
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】董磊, 张学聪, 蔡静, 张术坤 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所