【摘要】：溫度是描述完全熱力學(xué)物態(tài)方程的重要參數(shù)之一,它的精確測(cè)量是檢驗(yàn)各種物理模型和構(gòu)建各類物態(tài)方程的前提和關(guān)鍵�；诨殷w模型假設(shè)的Planck輻射法沖擊測(cè)溫技術(shù)在沖擊波實(shí)驗(yàn)物理中得到了非常廣泛的應(yīng)用,但是,利用該方法在2500 K以下的低溫區(qū)開(kāi)展沖擊溫度測(cè)量時(shí)卻面臨了極大的挑戰(zhàn)。主要原因一是在2500 K以下的溫度區(qū)間,近紅外、紅外高溫計(jì)的波長(zhǎng)覆蓋范圍(1～3μm,甚至更寬)比可見(jiàn)光高溫計(jì)的波長(zhǎng)覆蓋范圍(～0.5 μm)更寬,在如此寬泛的波長(zhǎng)范圍內(nèi),有關(guān)發(fā)射率的灰體模型假設(shè)已經(jīng)不再成立;二是材料的動(dòng)態(tài)發(fā)射率是與實(shí)驗(yàn)壓力、溫度以及其表面狀態(tài)等緊密相關(guān)的。因此,在2500 K以下的近紅外、紅外波段開(kāi)展沖擊溫度測(cè)量時(shí),必須在單發(fā)次實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度的同時(shí)測(cè)量。針對(duì)近紅外波段動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,對(duì)動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量的基本原理、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與不確定度分析、實(shí)驗(yàn)考核與驗(yàn)證等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要開(kāi)展了以下三方面的研究工作:(1)提出了一種動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量的新方法。該方法采用經(jīng)積分球充分均勻化的序列矩形激光脈沖照明沖擊前后的樣品/窗口界面,通過(guò)時(shí)序的精確控制,將用于動(dòng)態(tài)發(fā)射率測(cè)量的信號(hào)疊加在樣品/窗口界面自身的熱輻射信號(hào)之上,從而解決了動(dòng)態(tài)發(fā)射率測(cè)量方法的適用性問(wèn)題和精確測(cè)量問(wèn)題,以及動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度的同時(shí)測(cè)量問(wèn)題。采用該方法在單發(fā)次實(shí)驗(yàn)中、利用單一波長(zhǎng)就可以實(shí)現(xiàn)樣品/窗口界面沖擊溫度的精確測(cè)量,完全回避了傳統(tǒng)輻射測(cè)溫方法中有關(guān)動(dòng)態(tài)發(fā)射率的灰體模型假設(shè),解決了長(zhǎng)期以來(lái)由于動(dòng)態(tài)發(fā)射率不確定性而帶來(lái)的沖擊溫度精確測(cè)量難題。(2)建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)電光調(diào)制法和聲光調(diào)制法,解決了高穩(wěn)定度照明序列矩形激光脈沖的產(chǎn)生問(wèn)題:通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行精細(xì)分析,解決了沖擊波和照明激光脈沖到達(dá)樣品/窗口界面時(shí)刻的精確同步問(wèn)題;設(shè)計(jì)了三波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)每一個(gè)子系統(tǒng)的功能、設(shè)計(jì)原則、采取的技術(shù)路線、達(dá)到的性能指標(biāo)等進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法以及測(cè)量不確定度進(jìn)行了初步的理論分析。通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的解決,建立了動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)技術(shù),具備了高精度測(cè)量1500～2500 K沖擊溫度的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?3)利用本文建立的動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量技術(shù),設(shè)計(jì)了物理實(shí)驗(yàn),對(duì)A1和Sn兩種典型結(jié)構(gòu)的金屬材料在2000 K左右的沖擊溫度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用本文建立的動(dòng)態(tài)發(fā)射率與輻射亮度同時(shí)測(cè)量技術(shù)獲得的溫度與最新的理論計(jì)算結(jié)果吻合的非常好,揭示了采用傳統(tǒng)灰體模型假設(shè)得到的溫度明顯偏高300～500 K的原因,即A1和Sn在可見(jiàn)-近紅外波段有關(guān)發(fā)射率的灰體模型假設(shè)不再成立以及輻射測(cè)溫方法在長(zhǎng)波長(zhǎng)處對(duì)發(fā)射率的不確定性更加敏感。Al的沖擊測(cè)溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果澄清了以往Al在2500 K以下溫度區(qū)間測(cè)量得到的溫度偏高的原因,Sn的沖擊測(cè)溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果則證實(shí)了最近有關(guān)Sn的多固相理論狀態(tài)方程的計(jì)算結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN219
【圖文】：

圖１．５邋ＴＲＲ實(shí)驗(yàn)光路示意圖逡逑法國(guó)原子能研究所（ＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔＭ邋Ｅｎｅｒｇｉｅ邋Ａｔｏｍｉｑｕ，ＣＥＡ）的Ｓｅｂｂａｎ等人［２４］逡逑，合用了高溫計(jì)、動(dòng)態(tài)發(fā)射率以及逡逑

圖２．１二級(jí)輕氣炮工作原理示意圖逡逑

圖２．３光與物質(zhì)之間三種相互作用的示意圖逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2757435