葉 新， 鄭翔遠(yuǎn)， 羅志濤

（1. 中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

1 引言

溫度是熱力學(xué)系統(tǒng)中的重要指標(biāo)，其定義源自熱力學(xué)定律，而國(guó)際溫度標(biāo)準(zhǔn)的制定也進(jìn)一步加強(qiáng)了其重要性。溫度在熱力學(xué)和傳熱學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，也是國(guó)際基本單位制的七個(gè)基本量之一［1］。然而，隨著理論和應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，單純的溫度測(cè)量已不足以支持大多數(shù)熱力學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，熱流密度作為表征熱力學(xué)系統(tǒng)傳熱能力的關(guān)鍵物理量，逐漸受到研究者的重視［2-5］。

生產(chǎn)和科學(xué)對(duì)能源問(wèn)題的重視推動(dòng)了熱流測(cè)量方法和儀器的快速發(fā)展。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)、核爆、火箭尾流等熱流測(cè)試，通常是以輻射式熱流計(jì)測(cè)量目標(biāo)源的輻射通量獲取測(cè)試數(shù)據(jù)［6］。而測(cè)量熱流密度比起測(cè)量其他參數(shù)如溫度、壓力等更加復(fù)雜，相關(guān)研究也較為稀少，因此傳統(tǒng)的輻射式熱流計(jì)如圓箔式熱流計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)分層計(jì)、施密特-貝爾特計(jì)等測(cè)量精度普遍較低，難以滿(mǎn)足各種應(yīng)用的測(cè)量需求，而量熱式熱流計(jì)以電替代的方式實(shí)現(xiàn)輻射熱流的精確測(cè)量，存在繼續(xù)提升的空間［7］。量熱方式是熱流密度測(cè)量的重要方法之一，對(duì)于特定的控制體，當(dāng)其受到外界熱流源影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫升，然后以電加熱的方式使得控制體在同樣溫度下得到同樣的溫升，最后用通過(guò)電量的精確測(cè)量和熱流經(jīng)過(guò)面積的比例關(guān)系得出被測(cè)熱流的量值［8］。該方法即為最為常見(jiàn)的電置換加熱方法，最早由Kulbaum 和Angstrom 發(fā)明，并由Colblents 用于測(cè)量光通量的大小。電替代原理量熱方法準(zhǔn)確性高、可靠性強(qiáng)，不僅可用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的熱流密度測(cè)量，更是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）作為熱流測(cè)量和熱流計(jì)標(biāo)定的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。但電替代原理是通過(guò)電加熱的溫升來(lái)復(fù)現(xiàn)輻射加熱的溫升，光功率與電功率通過(guò)溫度建立關(guān)聯(lián)，而溫升會(huì)受到吸收器吸收率、材料特性、結(jié)構(gòu)特性、熱路設(shè)計(jì)、加熱位置等因素的影響，使得其測(cè)量過(guò)程出現(xiàn)誤差，即光電不等效。且在常規(guī)的室溫條件下，由于存在外界的對(duì)流和輻射效應(yīng)，光電不等效引起的誤差量級(jí)更大。該不等效誤差在熱流計(jì)精度要求越來(lái)越高的前提下需要進(jìn)行系統(tǒng)的研究［9］。

目前國(guó)外研究者對(duì)其研制的測(cè)量?jī)x器開(kāi)展了光電不等效的研究，如國(guó)外學(xué)者Brusa 等開(kāi)展了PMO6 輻射計(jì)非真空環(huán)境下的光電不等效特性研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得空氣環(huán)境和真空環(huán)境的響應(yīng)度，通過(guò)真空、空氣的響應(yīng)度比對(duì)，獲得了該裝置在非真空環(huán)境中的光電不等效系數(shù)約為0.15%～0.45%［10］；Kopp 等人簡(jiǎn)化了不同傳熱路徑的傳熱過(guò)程，分別考慮輻射計(jì)吸收腔的圓錐和圓柱。他們簡(jiǎn)化了該裝置的傳熱問(wèn)題，將其歸納為圓柱體系下的一維傳熱問(wèn)題，優(yōu)化了光加熱和電加熱所導(dǎo)致的傳熱路徑問(wèn)題，通過(guò)比較不同條件下熱阻的比值，對(duì)光電不等效性進(jìn)行了修正。這次修正確定了TIM 輻射計(jì)光電不等效性的差異，該差異占總合成不確定度的26%［11］；長(zhǎng)春光機(jī)所研制的SIAR 輻射計(jì)將電加熱裝置的加熱絲埋在錐腔腔壁中，減少了加熱絲向腔外損失的熱量，從而減小了電替代過(guò)程中電功率的損耗。唐瀟等建立了與實(shí)驗(yàn)腔溫度響應(yīng)相對(duì)誤差為0.14%的有限元模型，對(duì)SIAR 輻射計(jì)的一次反射光和不同加熱區(qū)域的光電不等效進(jìn)行了修正［12］。

綜上，各國(guó)所研制的基于電替代測(cè)量原理的設(shè)備，其吸收器結(jié)構(gòu)和組成均有差異，且工作環(huán)境和測(cè)量目標(biāo)也略有不同，因此引起光電不等效性的主要因素也有所不同。而在非真空環(huán)境中工作的輻射熱流計(jì)光電不等效研究更為復(fù)雜，由于空氣流體的存在，流體加深了各不等效因素的耦合性，難以分離各個(gè)影響因素進(jìn)行修正，因此采用何種手段對(duì)輻射熱流計(jì)的光電不等效性進(jìn)行定量表征成為了至關(guān)重要的問(wèn)題。因此本文結(jié)合輻射熱流計(jì)的工作原理與機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)非真空環(huán)境中的輻射熱流計(jì)及其光電不等效特性進(jìn)行系統(tǒng)地研究。

2 輻射熱流計(jì)的構(gòu)成及其工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

輻射熱流計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由吸收腔、補(bǔ)償腔、熱沉、水冷管路、光闌及外殼等組成［13］。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of structural schematic

系統(tǒng)的探測(cè)器由吸收腔、補(bǔ)償腔和熱沉構(gòu)成。吸收腔和補(bǔ)償腔的熱電信號(hào)端被短接，而其正端作為信號(hào)輸出。吸收腔正、負(fù)端測(cè)量吸收腔與熱沉之間的溫差，并通過(guò)反向連接補(bǔ)償腔抵消熱沉溫度變化的影響。熱沉作為系統(tǒng)的溫度基準(zhǔn)，與熱鏈接一同保持系統(tǒng)溫度的恒定，熱鏈接則連接吸收器和熱沉，影響輻射熱流計(jì)的時(shí)間常數(shù)和響應(yīng)度。外殼和隔熱層則用于減少傳熱過(guò)程的熱量損失和外部環(huán)境的影響。

2.2 工作原理

系統(tǒng)的基本工作原理如圖2 所示，輻射熱流計(jì)吸收腔內(nèi)噴涂高吸收率黑漆，使其對(duì)入射輻射近乎完全吸收，入射輻射能量在錐腔轉(zhuǎn)化為溫升。然后以電加熱復(fù)現(xiàn)輻射加熱的溫度，精確計(jì)算電加熱功率，從而獲取輻射加熱功率，通過(guò)精密光闌實(shí)現(xiàn)輻射功率到輻射熱流的轉(zhuǎn)換。

圖2 電替代工作原理圖Fig.2 Diagram of operating principle of electrical substitution

輻射熱流計(jì)的測(cè)量分為兩個(gè)階段，首先通過(guò)控制單元對(duì)纏繞在吸收腔外部的加熱絲施加不同的加熱功率使主腔升溫，從而使吸收腔探測(cè)器與熱沉在導(dǎo)熱路徑上產(chǎn)生溫差，以使導(dǎo)熱路徑上的熱電堆兩端輸出相應(yīng)的熱電信號(hào)。通過(guò)施加不同功率，獲取儀器探測(cè)器在響應(yīng)功率下的熱電信號(hào)，并按照插值法建立熱電功率與熱電信號(hào)碼值之間的數(shù)學(xué)模型。在測(cè)量輻射光源時(shí)，入射光通過(guò)探測(cè)頭部的主光闌，入射至吸收腔的內(nèi)表面，從而使得吸收腔升溫，使主腔探測(cè)器與熱沉在導(dǎo)熱路徑上產(chǎn)生溫差，并使導(dǎo)熱路徑上的熱電堆兩端輸出相應(yīng)的熱電信號(hào)，待熱電信號(hào)達(dá)到平衡后，該信號(hào)即為被測(cè)光源對(duì)應(yīng)的熱電信號(hào)。結(jié)合第一階段所得數(shù)學(xué)模型，即可計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的輻射熱流密度，見(jiàn)式（1）～式（3）：

其中：E為輻射熱流密度，PH和PL分別為自測(cè)試階段施加的高、低電功率，TH和TL分別為施加高、低電功率時(shí)感應(yīng)端所產(chǎn)生的高、低溫升，S為輻射熱流計(jì)的響應(yīng)度，P0為入射光功率，T0為接收光功率時(shí)感應(yīng)端所產(chǎn)生的溫升，α為吸收率，A為光闌面積，N為光電不等效修正系數(shù)。

其中光電不等效修正較為困難，難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)定量測(cè)量光加熱與電加熱的腔溫分布與不等效性，因此需要結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)對(duì)其深入研究。

3 光電不等效來(lái)源分析及傳熱模型建立

3.1 光電不等效來(lái)源分析

輻射熱流計(jì)屬于熱電型探測(cè)器，其電功率與光功率是以溫度參數(shù)建立關(guān)聯(lián)，其中加熱絲和黑漆分別將電能、輻射能轉(zhuǎn)化為熱能施加在錐腔，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫部分流向低溫部分，其中熱量在腔體輸入，經(jīng)過(guò)吸收腔、熱連接、熱阻和熱容串并聯(lián)等熱路后，傳導(dǎo)至熱沉的恒溫邊界，最終由熱電堆傳感器輸出溫差熱電信號(hào)。而光電不等效本質(zhì)上是由于光電加熱區(qū)域差異、敏感面加熱區(qū)域差異、空氣對(duì)流等因素使得其傳熱路徑的熱阻不一致，使得測(cè)溫傳感器感應(yīng)到的溫差存在誤差。因此結(jié)合傳熱學(xué)理論，對(duì)輻射熱流計(jì)測(cè)量過(guò)程中發(fā)生的不等效性進(jìn)行理論分析，建立相應(yīng)的傳熱模型并進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 輻射熱流計(jì)傳熱理論

固體傳熱通常以Fourier定律描述，當(dāng)僅考慮熱傳導(dǎo)的情況下，熱通量q與溫度梯度成正比，即：

當(dāng)引入時(shí)間t時(shí)，靜止固體的溫度場(chǎng)傳熱方程可用如式（5）所示的形式表示：

其中：ρ密度，Cp是熱容，T是溫度，Q是系統(tǒng)吸收的熱量。

由于輻射熱流計(jì)的工作環(huán)境存在空氣流動(dòng)，需要引入流體場(chǎng)，流體傳遞能量有對(duì)流和傳導(dǎo)兩種方式，取決于流體和流型的熱學(xué)屬性。其次粘性流體流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生加熱效應(yīng)，通?？珊雎浴Ｈ袅黧w密度因溫度變化，則需考慮壓力功貢獻(xiàn)項(xiàng)，例如壓縮空氣產(chǎn)生熱的效應(yīng)。故包含流體的傳熱方程符合以下形式：

其中：ρ密度，Cp是熱容，T是溫度，Q是系統(tǒng)吸收的熱量，u為流體的流速。

當(dāng)涉及到計(jì)算域中流體流動(dòng)時(shí)，由納維斯-斯托克斯方程（N-S 方程）來(lái)描述：

其中：μ是流體動(dòng)力粘度，g是重力加速度，p是流體壓力。

由于輻射熱流計(jì)的光電不等效性難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量表征，而有限元分析法是一種通用、高效的方法，適用于處理復(fù)雜的三維模型結(jié)構(gòu)。該方法可以收斂到原數(shù)學(xué)模型的精確解因此采用有限元分析法進(jìn)行定量分析。使用COMSOL 軟件對(duì)熱流計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分生成網(wǎng)格模型，其中對(duì)尺寸較小的區(qū)域及吸收腔區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化。熱流計(jì)有限元仿真分析時(shí)劃分的網(wǎng)格包含“119 057”個(gè)域單元、50 627 個(gè)邊界元和9 079 個(gè)邊單元，如圖3 所示。采用固體與流體傳熱模塊及層流模塊耦合的方式進(jìn)行仿真分析，各元件參數(shù)由表1所示。

表1 主要元件參數(shù)表Tab.1 Main component parameter list

圖3 輻射熱流計(jì)網(wǎng)格劃分Fig.3 Grid division of radiant heat flux meter

對(duì)該結(jié)構(gòu)熱流計(jì)采用有限元方法在0.05 W光斑型加熱區(qū)域施加加熱功率進(jìn)行仿真，得穩(wěn)態(tài)后熱電堆熱端與冷端的溫差為0.069 68 K。輻射熱流計(jì)的溫度分布如圖4 所示。未設(shè)置空氣流體場(chǎng)時(shí)，輻射熱流計(jì)熱電堆感應(yīng)的溫差為0.092 35 K，以空氣環(huán)境的溫差響應(yīng)為基準(zhǔn)，則該模型的空氣-真空響應(yīng)度差異約為32.53%。

圖4 輻射熱流計(jì)溫度分布圖Fig.4 Temperature profile of radiant heat flux meter

3.3 模型分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

若通過(guò)上述建立的模型開(kāi)展光電不等效修正，還需驗(yàn)證輻射熱流計(jì)熱結(jié)構(gòu)模型的有效性，因此開(kāi)展輻射熱流計(jì)真空-空氣響應(yīng)度比對(duì)實(shí)驗(yàn)。獲取熱流計(jì)在真空、空氣環(huán)境下的響應(yīng)度差異與仿真模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的比對(duì)有效，則通過(guò)仿真模型分離各不等效因素，基于有限元分析法進(jìn)一步對(duì)各因素進(jìn)行修正。搭建如圖5～圖6 所示光路，使熱流計(jì)接受穩(wěn)定的光源，通過(guò)光陷阱探測(cè)獲取光路功率真值，獲得熱流計(jì)測(cè)光時(shí)的響應(yīng)度，將該結(jié)果與電加熱測(cè)試的響應(yīng)度進(jìn)行比對(duì)，獲得空氣環(huán)境中激光垂直入射時(shí)熱流計(jì)光加熱與電加熱之間的差異。其次開(kāi)啟真空實(shí)驗(yàn)，待罐內(nèi)真空度低于6E-3（Pa）時(shí)，重復(fù)上述空氣環(huán)境中所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，獲得真空-空氣響應(yīng)度差異結(jié)果，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得構(gòu)建仿真模型的數(shù)據(jù)。

圖5 真空罐外光路Fig.5 Outside light path

圖6 真空罐內(nèi)光路Fig.6 Light path in vacuum tank

其中以532 nm 激光器、起偏器、功率穩(wěn)定器構(gòu)造穩(wěn)定的激光，再由兩片平面反射鏡將激光光束垂直入射至真空罐的玻璃窗口。激光入射至真空罐內(nèi)，經(jīng)焦距為700 mm 的凸透鏡進(jìn)行縮束，再由平板玻璃獲得一束透射光，兩束反射光，透射光經(jīng)小孔光闌入射至熱流計(jì)光闌，反射光經(jīng)小孔光闌使一束激光入射至陷阱探測(cè)器中，以此通過(guò)此光路透射反射比獲取熱流計(jì)工作時(shí)所測(cè)得的真值。測(cè)得透射反射比約為26.65，投射反射比測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 透射反射比測(cè)試結(jié)果Tab.2 Transmission-reflection ratio test results （mA）

在非真空環(huán)境中，對(duì)輻射熱流計(jì)分別施加光功率與電功率，測(cè)量結(jié)果如表3 所示，得光功率加熱的響應(yīng)度為12.59 W/V，電加熱響應(yīng)度為12.56 W/V。

表3 非真空環(huán)境輻射熱流計(jì)響應(yīng)度測(cè)試結(jié)果Tab.3 Response test results of radiant heat flux meter in non-vacuum environment

在真空環(huán)境中，再次對(duì)輻射熱流計(jì)分別施加光功率與電功率，測(cè)量結(jié)果如表4 所示，得光功率加熱的響應(yīng)度為8.692 W/V，電加熱響應(yīng)度為8.686 W/V。

表4 真空環(huán)境輻射熱流計(jì)響應(yīng)度測(cè)試結(jié)果Tab.4 Response test result of radiant heat flux meter invacuum environment

以空氣環(huán)境的響應(yīng)度為基準(zhǔn)，真空環(huán)境與空氣環(huán)境的電功率響應(yīng)度差異為30.85%，光功率響應(yīng)度差異為30.96%。輻射熱流計(jì)有限元模型的真空-空氣響應(yīng)度差異為32.53%，與上述實(shí)測(cè)結(jié)果相差約1.7%，驗(yàn)證了輻射熱流計(jì)熱結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)確性，可通過(guò)該模型對(duì)其熱特性進(jìn)行表征。

4 輻射熱流計(jì)光電不等效分析與修正

4.1 傳熱存在的不等效

輻射熱流計(jì)工作時(shí)，熱量Q在腔體輸入，經(jīng)過(guò)吸收腔、熱連接、熱阻和熱容串并聯(lián)等熱路后，傳導(dǎo)至熱沉的恒溫邊界，最終由熱電堆傳感器輸出溫差熱電信號(hào)。而傳熱存在的不等效本質(zhì)上是由于光電加熱區(qū)域差異、敏感面加熱區(qū)域差異等因素使得其傳熱路徑的熱阻不一致，而測(cè)溫傳感器感應(yīng)到的溫差存在誤差。

結(jié)合前節(jié)中建立的熱結(jié)構(gòu)模型，假設(shè)光功率完全被吸收腔吸收，分別在光加熱區(qū)域和電加熱區(qū)域施加等大的熱源，取輻射熱流計(jì)穩(wěn)態(tài)后的仿真結(jié)果，通過(guò)兩次的仿真結(jié)果的比對(duì)分析該因素的誤差量級(jí)。其次，輻射熱流計(jì)的電加熱區(qū)域是固定不變的，可光加熱會(huì)受到入射角的影響，使得輻射熱流計(jì)吸收腔敏感面在不同區(qū)域加熱。當(dāng)敏感面接收到的熱源位置發(fā)生偏移時(shí)，熱量所經(jīng)過(guò)的熱路發(fā)生改變，則溫度傳感器所感應(yīng)的溫差也發(fā)生變化。無(wú)對(duì)流場(chǎng)時(shí)，仿真結(jié)果如表5所示。

表5 光電加熱位置偏差仿真結(jié)果Tab.5 Simulation results of photoelectric heating position deviation

真空環(huán)境中，光電加熱區(qū)域差異的影響小于0.02%。在無(wú)空氣流體的影響下，施加等大功率的熱源，熱量均沿著熱路傳導(dǎo)至測(cè)溫傳感器，此結(jié)果相對(duì)目標(biāo)測(cè)量不確定度為1%的輻射熱流計(jì)而言，其影響可忽略。

在無(wú)對(duì)流的環(huán)境中，在吸收腔敏感面上劃分直徑1 mm 的光斑型加熱區(qū)域，施加0.05 W 的熱源，沿水平軸步進(jìn)0.5 mm 依次進(jìn)行仿真計(jì)算，無(wú)空氣流體時(shí)的仿真結(jié)果如表6 所示。

表6 敏感面不同加熱區(qū)域偏差仿真結(jié)果Tab.6 Simulation results of different heating regions of sensitive surface

在無(wú)空氣流體的影響下，0.05 W 的光斑型加熱區(qū)域相對(duì)中心偏移量為2 mm 時(shí)，輻射熱流計(jì)的溫差響應(yīng)不確定度為0.007 4%，說(shuō)明錐腔整體熱阻小，該部分因素相對(duì)于測(cè)量不確定度設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)于1.0% 的輻射熱流計(jì)而言，可忽略不計(jì)。

輻射熱流計(jì)通常在空氣環(huán)境中工作，而由于空氣流體的存在，會(huì)使輻射熱流計(jì)在光加熱和電加熱的熱量在傳導(dǎo)過(guò)程中以對(duì)流散熱的形式流失。在空氣流體場(chǎng)中，再次開(kāi)展光加熱位置變化和敏感面不同加熱區(qū)域偏差的仿真計(jì)算，結(jié)果如表7～表8 所示。

表7 流體場(chǎng)中光電加熱位置偏差仿真結(jié)果Tab.7 Simulation results of photoelectric heating position deviation in fluid field

表8 流體場(chǎng)中敏感面不同加熱區(qū)域偏差仿真結(jié)果Tab.8 Simulation results of different heating regions of sensitive surface in fluid field

則受到空氣自然對(duì)流的影響，光電加熱位置偏差的影響小于0.17%，敏感面不同加熱區(qū)域的影響小于0.1%。

此外，輻射熱流計(jì)在工作時(shí)會(huì)通入循環(huán)水進(jìn)行冷卻，然而水的溫度難以控制不變，因此在通入循環(huán)水時(shí)會(huì)使熱沉溫度受到影響，進(jìn)而使得測(cè)溫傳感器的冷端受到影響。根據(jù)COMSOL 仿真模型探究循環(huán)水溫度變化對(duì)熱流計(jì)溫度響應(yīng)的影響。劃分吸收腔加熱區(qū)域，加熱功率為0.05 W，實(shí)驗(yàn)室所用水冷系統(tǒng)包含0.01 K 的水溫抖動(dòng)，循環(huán)水溫度設(shè)置為隨時(shí)間變化的正弦函數(shù)：T=293.15+0.005×sin（t×pi/450） K，仿真時(shí)間為50 min，仿真得熱平衡時(shí)的變化小于0.000 185 K，其不確定度為0.2%。

4.2 光電不等效修正

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，開(kāi)展了輻射加熱與電加熱響應(yīng)度比對(duì)實(shí)驗(yàn)，以電加熱的測(cè)試結(jié)果為基準(zhǔn)，輻射熱流計(jì)輻射加熱與電加熱的差異為0.235%，獲得光電不等效修正系數(shù)N=1.002 35。在上節(jié)中進(jìn)行的仿真分析，各個(gè)因素相互獨(dú)立，通過(guò)不確定度合成公式進(jìn)行計(jì)算，獲得其不確定度為0.29%。對(duì)輻射熱流計(jì)進(jìn)行光電不等效性修正后，其測(cè)量值更趨近于真值，測(cè)量準(zhǔn)確度得到提升。

5 結(jié) 論

為滿(mǎn)足如今對(duì)輻射熱流密度高精度測(cè)量的需求，對(duì)輻射式熱流計(jì)的光電不等效性進(jìn)行研究，提高其測(cè)量準(zhǔn)確度。本文針對(duì)輻射熱流計(jì)傳熱存在的不等效，采用有限元分析方法進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)對(duì)所建立的有限元模型開(kāi)展真空-空氣響應(yīng)度比對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以此證明模型的有效性。經(jīng)計(jì)算，真空環(huán)境中光電加熱區(qū)域差異的影響小于0.02%，敏感面不同加熱區(qū)域的影響為0.007 4%，空氣流體環(huán)境中，光電加熱區(qū)域差異的影響小于0.17%，敏感面不同加熱區(qū)域的影響為0.1%。循環(huán)水水溫的影響小于0.20%。得輻射熱流計(jì)光電不等效修正系數(shù)N=1.002 35。本文建立了高功率輻射熱流計(jì)各結(jié)構(gòu)組件與黑體腔之間的傳熱模型，采用有限元仿真近似計(jì)算光電不等效因素對(duì)輻射熱流計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)輻射熱流計(jì)光電不等效的定量分析，研究成果對(duì)輻射熱流計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，對(duì)我國(guó)熱流測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。