研究目的
解释使用多色光源对半透明固体进行闪光热成像时观察到的有效吸收系数差异,并扩展分析模型以提高准确性。
研究成果
研究表明,在多色光照射下,半透明固体中吸收系数的波长依赖性需要采用包含两个有效吸收系数的扩展模型。与单参数模型相比,该2α模型能显著提升不同厚度和配置条件下实验数据的拟合度,降低表面温度预测的偏差。
研究不足
该模型假设材料为均匀、无散射介质,并在某些近似中忽略辐射热传递和波长依赖性。2α模型参数的拟合结果可能不唯一或定义不明确,且该方法需要来自多种厚度和配置的数据才能准确确定参数。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用基于热扩散方程的解析模型(1α和2α模型)来描述单色和多色光照下半透明固体的温度变化。2α模型通过两个有效吸收系数来考虑波长色散效应。
2:样品选择与数据来源:
样品为聚合物材料StoPox TEP MultiTOP薄膜,厚度介于0.92毫米至1.65毫米之间,每个样品使用电磁测厚仪在25个位置进行测量。
3:92毫米至65毫米之间,每个样品使用电磁测厚仪在25个位置进行测量。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:红外相机(Infratec ImageIR 8800)、二极管激光系统(Laserline GmbH的LDM 500-20)、闪光灯(Hensel Studiotechnik EH Pro 6000)以及StoPox TEP MultiTOP聚合物样品。
4:0)、二极管激光系统(Laserline GmbH的LDM 500-20)、闪光灯(Hensel Studiotechnik EH Pro 6000)以及StoPox TEP MultiTOP聚合物样品。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:实验在透射和反射两种配置下进行。使用红外相机以100赫兹至333赫兹的帧率采集温度数据。加热源包括单色激光器(波长935纳米,脉冲持续时间457毫秒)和带有PMMA红外滤光片的复色闪光灯。
5:数据分析方法:
在拉普拉斯域中使用解析模型配合逆变换算法(Stehfest法或Abate与Whitt法)进行数据拟合。通过单纯形搜索法最小化实验温度与模型温度之间的平方差。
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IR camera
ImageIR 8800
Infratec
Used to measure surface temperature increases in the long-wavelength infrared range during and after heating pulses.
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Diode laser system
LDM 500-20
Laserline GmbH
Used as a monochromatic heat source for heating samples in experiments.
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Flash lamp
EH Pro 6000
Hensel Studiotechnik
Used as a polychromatic heat source for heating samples in experiments.
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Electromagnetic gauge
Used to measure the thickness of polymer film samples at multiple positions.
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