太阳辐射误差数值分析及简易模拟平台设计

发布时间：2022-01-01 19:59

　　探空仪是一种高空气象测量设备,它携带多种气象传感器,测量从地面到高空大气的气象要素。然而,其探空温度传感器在白天测量时,容易受到太阳辐射的影响而产生太阳辐射误差。太阳辐射误差值可达3℃甚至更高,严重制约探空温度测量精度的提高。目前,传统的研究方法主要为经验估算和实验室风洞法。但是存在修正方法较为简单,或者受到成本及技术制约的问题。因此,传统修正方法难以满足探空温度高精度测量的要求。本文采用计算流体动力学方法,对探空温度传感器的高空温度测量进行仿真。为了便于验证仿真数据的可靠性和准确性,本文设计了一个简易的太阳辐射误差模拟平台。本模拟平台以高低温低气压实验箱为实验平台,可模拟部分高空环境；以电机旋转模拟探空仪从地面到高空大气的上升过程。通过对比测量有LED光源照射和无LED光源照射的两个温度传感器,两个温度传感器温度值的差即为模拟太阳辐射误差。数值仿真包括对温度传感器的建模和网格划分,并加入外部温度、气压、太阳辐射等环境。经过流固耦合仿真计算分析,得出太阳辐射误差值。通过对比太阳辐射误差模拟平台与数值仿真的数据,模拟平台数据和仿真数据具有较高的吻合度。由此可见,计算流体动力学方法对太阳辐... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 无线探空仪
    1.3 辐射误差来源
    1.4 国内外研究进展
        1.4.1 经验估测太阳辐射误差修正法
        1.4.2 低气压辐射风洞实验仿真方法
        1.4.3 简化模型计算方法
        1.4.4 多个不同涂层的传感器组合方法
        1.4.5 太阳辐射误差数值模拟
    1.5 本论文的主要研究内容
第二章 简易太阳辐射误差模拟平台简介
第三章 CFD数值模拟基础
    3.1 CFD软件简介
    3.2 CFD数值解法
    3.3 三大控制方程
    3.4 三种传热方式
        3.4.1 热传导
        3.4.2 热对流与对流换热
        3.4.3 热辐射
    3.5 计算流体动力学求解步骤
第四章 温度传感器的数值模拟
    4.1 FLUENT介绍
    4.2 温度传感器模型建立方法
    4.3 网格划分
    4.4 材料参数的设定
    4.5 探空温度传感器的气压环境
    4.6 边界条件设置
    4.7 残差收敛分析
    4.8 计算结果分析
第五章 简易太阳辐射误差模拟平台硬件设计
    5.1 微处理器的选型
    5.2 微处理器介绍
    5.3 电源电路设计
    5.4 NTC热敏电阻传感器
    5.5 AD转换电路
    5.6 电机转速测量控制
    5.7 PWM波发生模块
    5.8 模拟太阳光源
    5.9 无线通信模块NRF24L01
    5.10 串口通信
    5.11 本章小结
第六章 简易太阳辐射误差模拟平台软件设计
    6.1 PID控制理论
    6.2 PID参数整定
    6.3 AD7794读写时序
    6.4 虚拟仪器技术及LABVIEW简介
    6.5 本章小结
第七章 实验结果与分析
第八章 总结与展望
    8.1 论文总结
    8.2 工作展望
参考文献
附录
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差修正方法[J]. 张利,刘清惓,杨荣康,张加宏,李敏,戴伟.  传感技术学报. 2013(01)
[2]国产珠状温度传感器对比分析[J]. 李伟.  南京信息工程大学学报(自然科学版). 2011(04)
[3]基于NTC热敏电阻的三种高精度测温系统研究[J]. 范寒柏,谢汉华.  传感技术学报. 2010(11)
[4]气象探空数据动态比对中误差计算方法研究[J]. 翁锦辉,罗建平,王凡,羊清雯.  气象研究与应用. 2010(03)
[5]L波段与59-701探测系统同步资料对比分析[J]. 张聪娥,陈建基,傅海涛.  陕西气象. 2010(04)
[6]59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比[J]. 马颖,姚雯,黄炳勋.  应用气象学报. 2010(02)
[7]基于RS 232接口标准的SMT数据采集技术[J]. 崔宏敏,黄战武,何惠森.  现代电子技术. 2010(03)
[8]LED太阳模拟器的研究[J]. 周卫华,周汉昌.  红外. 2009(03)
[9]近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势[J]. 郭艳君,丁一汇.  应用气象学报. 2008(06)
[10]L波段探空仪温度资料误差分析[J]. 陶士伟,陈晓红,龚建东.  气象. 2006(10)

硕士论文
[1]空中水物理测量传感器设计[D]. 丁铁.南京信息工程大学 2013
[2]探空温度传感器的数值分析与优化设计[D]. 戴伟.南京信息工程大学 2012
[3]基于FLUENT的波节管换热器性能数值仿真及其结构优化[D]. 曹应佳.武汉理工大学 2012
[4]太阳模拟器的光学设计与应用研究[D]. 万松.上海交通大学 2012
[5]基于虚拟仪器的车辙试验采集系统的研究[D]. 杜炳政.长安大学 2011
[6]智能多点模糊PID温度控制系统[D]. 廖明.上海交通大学 2007
[7]探空式气象检测微系统的研究与应用开发[D]. 孙凯.东南大学 2006



本文编号：3562744