粗糙表面在大反射角下反射增强现象的检测、建模和分析

准确掌握表面的辐射特性是有固体表面参与辐射换热问题准确求解的前提。实际应用过程中大多把粗糙表面视为理想漫反射表面，然而实际粗糙表面通常体现出不同程度的非漫反射特性，研究粗糙表面所产生的非漫射现象对提高辐射换热问题计算精度意义重大。粗糙表面大反射角下的反射增强现象是粗糙表面体现出的典型非漫射特性，已有研究和申请人前期工作表明，该现象大多发生在反射角几乎接近90度附近，有时甚至发生在约为89.9度的角度上，于是本项目将通过发展一种可以高效计算粗糙表面高方向分辨率双向反射分布函数的数值计算方法并和实验测量相结合，来研究粗糙表面在大反射角度下出现的反射增强现象，揭示粗糙表面在大反射角下反射增强现象的形成机制，建立更为准确的表面辐射特性模型、提高辐射换热问题计算精度，同时为航空航天、光学测量等相关领域的技术发展提供帮助。

随着入射条件和表面形貌的不同，粗糙表面往往表现出明显的非漫反射特性。准确表征粗糙表面的反射特性对提高辐射传热问题计算精度意义重大。本项目以粗糙表面的辐射特性研究为出发点，计算和测量了不同入射条件和表面特征的粗糙表面反射特性。针对含包覆层粗糙表面的反射特性研究问题，发展了一种基于几何光学和薄膜内波动光学相结合的方法，该方法即有较高的计算效率，同时又能降低单纯利用几何光学方法而完全忽略薄膜内光的干涉所带来的误差。测量了实际路面的粗糙度，并通过模拟计算粗糙表面的反射特性对路面蜃景现象进行了解释。研究了在辐射传递计算过程中考虑实际粗糙表面的非漫反射特性（通过双向反射分布函数表示），探讨了不同条件下表面非漫发射特性对辐射传递过程计算精度的影响。