机电工程技术2017年第46卷第06期
DOI: 10. 3969 /j. issn. 10099492. 2017. 06. 028
研究与开发
雾状气溶胶衰减8～14微米红外波段的建模分析
张劝华
（海军装备部，北京
100036）
摘要：雾状气溶胶对红外辐射有着强烈的散射和吸收，对以8-14m波长为载体的多种光波技术有重要影响。采用有限体积计算模型；同时在案谱带模型的基础上，利用Mie散射理论计算牵谱带内的平均光学系数。应用蒙特卡洛法与有限体积法作对
比，验证了模型的正确性；用朗伯比尔定律与有限体积法作对比，证明前者因未考虑多重散射及介质自身辐射而精度不高，关键词：气溶胶；有限体积法；红外辐射；牵谱带模型
中图分类号：TN29
文献标识码：A
文章编号：10099492（2017）06009504
ModelingandAnalyzingofMistAerosolAttenuating8~14Micrometer
InfraredBand ZHANG Quan-hua
(Department of Naval Armaments, Beijing 430033, China)
Abstract: Mist aerosol can strongly attenuate the heat radiation though the scattering and absorbing effect, and strongly affects a number of light wave technologies using 814 micronmeter as carriers. The finite volume method is used to construct the calculation model with which we can calculate the attenuation of infrared radiation through the mist aerosol. In the model, the mist aerosol is taken for nongrey, absorbing, anisotropy scattering medium, and the multiscattering effeet is also taken into account. At the same time, on the base of narrow band model, the average optics parameters of the narrow bands are caleulated by the Mie scattering theory. The finite volume calculating model is proved exact by contrast with MonteCarlo method. Contrasting the LambertBeer low and the finite volume model,
the former is proved less exact than the latter for nonconsidering the multiscattering effect and selfradiation of medium Key words: aerosol; finite volume method; infrared radiation; narrow bands moxdel
0前言
当前以大气窗口8~14μm波长为载体的信息传播技术、目标探测与武器制导技术、遥感测绘技术等得到了广泛应用，而大气气溶胶对该波段的衰减作用对上述技术的实施及应用效果产生了很多有利或不利的影响。气溶胶粒子是指悬浮在大气中的多种固体颗粒和微小液滴，其广泛存在于环境中，如火山喷发的烟尘、风吹起的沙尘、燃烧矿物质产生的烟气以及汽车尾气等"，其中水雾气溶胶是种常见的弥散颗粒物，在火灾安全、除尘增湿、红外目标隐身等领域有着重要应用。雾状气溶胶中的小液滴对辐射光波的散射与吸收作用会导致入射红外光谱产生衰减作用，需要我们更深人的理解气溶胶对大气窗口红外辐射的衰减特性
目前已有多位学者对该问题进行了深入研究-}，但部
收稿日期：20161215 万方数据
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分学者的研究多是基于以单次散射为基础的朗伯比尔定律（Lambert-Beer，简记LB）模型。许波等采用LB模型计算了水雾气溶胶的遮蔽性能；胡碧茹等"进行了实验研究，验证了雾状水幕对红外成像隐身的对抗效果：杜永成等"同样利用该模型分析了取得最佳消光作用的水雾粒子半径分布。以上研究都是基于雾粒子的单次散射，未充分考患由颗粒多重散射带来的影响，并且往往针对的是某一特殊波长，未对谱段衰减特征做出分析。A.Collin、P. Boulet等学者采用离散坐标法，P.Boulet等采用蒙特卡洛法进行建模"，对水雾气溶胶衰减红外辐射进行了计算，考患了多重散射的影响，但离散坐标法在处理半透明界面和探测方向时困难很大，面蒙特卡洛法在处理非均勾介质和变物性参数时困难很大。有限体积法（FVM）是解决各向异性散射介质辐射传输最好的方法之一，Chui和