● 摘要
本文主要工作是在气体辐射计算模型的研究及改进，相关计算模型程序的编写及参数数据库的建立，并应用相关程序进行了飞行器排气系统红外特性的数值模拟。
本文首先研究了逐线计算方法，该方法是所有辐射计算模型中精度最高，同时也是最耗时的模型，一般用作其他模型计算结果的比对基准。但逐线计算在应用过程中，重要的参数如截断波数及分辨率的选取非常关键，选取不当会影响该方法的计算精度以及计算时间，本文通过一定的计算分析，得到了相关参数的选取公式，以便于后阶段的应用。
在前文的基础上研究了三种辐射谱带模型，分别为：窄带k-分布模型、全光谱k-分布模型、宽带k-分布模型，其中后两者的模型思想及处理方法完全一致。k-分布模型是以吸收系数作为基本参数的方法，适合于任何求解辐射传输的方法。文中以逐线计算为基准，对三种模型的精度进行了对比研究，发现窄带k-分布模型计算精度与逐线计算相当，宽带k-分布精度次之，全光谱模型精度最差，但其计算量上的大小则相反，基于精度及计算量的综合考量，本文选择前两者即窄带及宽带k-分布模型，作为三维排气系统气体红外辐射模拟的方法。同时本文针对小光学厚度情况下，k-分布模型计算精度较差的问题进行了分析，提出相关解决方案：将重排后的吸收系数曲线截断成两部分分别积分，截断点选取窄带为g(k)=0.95左右，宽带由于带宽较大，选取g(k)=0.99左右，实际情况中该数字可以进行调整。另外，对k-分布模型应用于混合气体的问题，本文通过飞行器排气系统的模拟得出燃气中对辐射有影响的CO2和H2O在各处的比例均为1:1，故而提出将混合气体作单一气体（燃气）处理，并进行了算例验证，表明作单一气体处理的k-分布方法精度与混合气体分开处理的k-分布计算结果相当，同时也节省了计算量。
最后，鉴于排气系统热喷流存在温度梯度、压力梯度非常大的区域，k-分布的相关性假设在这种情况下不成立，这些不利因素使得k-分布模型应用于诸如排气系统热喷流的辐射计算变得很困难，为解决上述问题，本文建立了基于高温高分辨率气体光谱数据库HITEMP2010的不同温度、压力、摩尔浓度和波数下的k-分布数据库，同时极大地提高了计算效率。
本文选取窄带k-分布模型作为飞行器排气系统红外信号的计算模型，宽带k-分布模型进行流热耦合传热计算模型，利用有限体积法求解辐射传递方程，采用前文中建立的数据库、模型程序及课题组现有的相关程序，计算了轴对称喷管的辐射传输特性，并给出了不同天顶角位置的空腔-喷流组合辐射及分析。