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지상물체의 표면온도 계산을 위한 파장별 태양복사 흡수특성 모델링 연구
Study on Modeling the Spectral Solar Radiation Absorption Characteristics in Determining the surface Temperature of a Ground Object 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.35 no.1, 2007년, pp.33 - 39  

최준혁 (중앙대학교 기계공학부 대학원) ,  길태준 (중앙대학교 기계공학부 대학원) ,  김태국 (중앙대학교 기계공학과)

초록
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본 논문은 대기층을 통한 파장별 태양복사를 고려한 3차원 지상 물체의 표면 온도 분포를 예측하는 소프트웨어를 개발하는데 도움을 줄 것이다. 다양한 가스로 구성된 대기층을 통과하는 파장별 태양복사 에너지를 계산하기 위해서 LOWTRAN7을 이용하였으며, 여기서 얻어진 결과는 파장별 흡수 또는 총괄흡수 방식으로 에너지보존방정식에 반영하였다. 원통형 물체 위의 시간별 표면온도 분포를 나타내기 위해서 준 내재적 방법을 사용하여 계산하였으며 물체의 파장별 표면 복사 특성을 이용하기 위해서 태양복사를 흡수하거나 물체의 표면 방사가 이루어지는 모델을 사용하였다. 본 논문에서는 개발된 S/W의 성능 향상을 위하여 파장별 태양복사 분석 방법과 총괄태양복사 분석 방법을 각각 적용하여 본 결과 이들 두 방법 사이에는 약 3% 이내의 차이를 나타내었으나 두 방법 모두 실용적 관점에서 충분한 결과를 나타내었음을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper is aimed at the development of a software that predicts the surface temperature profiles of three-dimensional objects on the ground by considering the spectral solar radiation through the atmosphere. The spectral solar radiation through the atmosphere is modeled by using the well-known LO...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 있다. 본 논문에서는 개발된 프로그램의 성능향상을 위한 목적으로 센서 내로 입사되는 적외선 복사량을 구하는 데에 필수적으로 요구되는 정보인 표면 온도를 해석하는데 필요한 파장별 태양복사 특성의 적용방법에 따른 차이점을 비교, 분석하고자 한다. 표면 온도 해석을 위해서는 다양한 열전달 모델링이 필수적이며 태양복사 계산이 매우 중요한 요소로 대두된다.
  • 본 논문에서는 파장별 복사 특성을 고려하여 원통형 물체의 온도분포 결과를 나타내었다. Fig.
  • 본 연구는 선진국에만 있는 적외선 영상 생성예측 프로그램 기술을 국내 자체 기술로 확보하기 위한 과정에 있으며 그 전단계로 3차원 물체의 시간별 표면온도 예측 프로그램을 개발하여 프로그램의 성능 향상을 위한 여러가지 기능을 살펴보고 있다. 본 논문에서는 개발된 프로그램의 성능향상을 위한 목적으로 센서 내로 입사되는 적외선 복사량을 구하는 데에 필수적으로 요구되는 정보인 표면 온도를 해석하는데 필요한 파장별 태양복사 특성의 적용방법에 따른 차이점을 비교, 분석하고자 한다.
  • 본 연구에서는 대기층을 통과하는 태양 복사에 의해서 결정되는 지상 표적의 표면 온도 분포를 예측하는 프로그램을 개발하였다. 프로그램의 성능향상을 위한 목적으로 복사 물성치의 파장별 특징을 다루는 방법의 차이에 따른 해석 결과의 정확도를 평가하기 위하여 원통형 물체의 온도분포를 살펴보았다.
  • 프로그램의 성능향상을 위한 목적으로 복사 물성치의 파장별 특징을 다루는 방법의 차이에 따른 해석 결과의 정확도를 평가하기 위하여 원통형 물체의 온도분포를 살펴보았다. 본 연구의 결과 재질별 파장별 복사 물성의 처리방법에 따른 온도 값의 오차범위는 약 3% 이내로 나타났다.

가설 설정

  • 바람이 물체의 수직, 수평 방향이 아닌 θ만큼 기울어진 면으로 분다고 가정한다면, 대류 열전달 계수를 계산하기 위해서는 바람의 성분을 그 면에 수직 성분과 수평 성분으로 나눈 후 이에 대한 결과를 조합하여 대류 열전달 계수를 보간하여 사용하였다.
  • 이때 물체 내부를 통한 전도열전달은 계산의 단순화를 위하여 물체의 깊이 방향으로만 발생되는 것으로 가정하는 1차원 해석법을 이용하였다. 이러한 기준구 위의 1차원 해석법은 Steven[9] 등이 이용하여 효용성을 검증한 바가 있다.
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참고문헌 (12)

  1. 최준혁, 길태준, 김태국, '풍속이 구형 물체의 표면온도에 미치는 영향 연구' 항공우주학회 춘계학술발표회 논문집, 2006 

  2. Neizys, F.X., E.P. Shettle, L.W. Abreu, J.H. Chetwynd, G.P. Anderson, W.O. Gallery, J.E.A. Selby and S.A. Clough, 'Users Guide to LOWTRAN7', AFGL-TR-88-0177, Environmental Research Papers, No. 1010, 1988 

  3. P.K. Acharya, A. Berk, G.P. Anderson, N.F. Larsen, S. Chee Tsay, and K.H. Stammes, 'MODTRAN4: Multiple Scattering and Bi-Directional Distribution Function (BRDF) Upgrades to MODTRAN', Proc. of SPIE, Optical Spectroscopy Techniques and Instrumentation of Atmospheric and Space Research, Vol. 3756, 1999 

  4. Clough, S.A., F.X. Kneizys, E.P. Shettle, and G.P. Anderson, 'Atmospheric randiance / transmission: FASCODE2' Proceedings of the Sixth Annual Conference of Atmospheric Radiation, 1986 

  5. Arnold. Peter S., Brown Scott D., and Schott John R., 'Hyperspectral Simulation of Chemical Weapon Dispersal Patterns using DIRSIG', SPIE, Optical Spectroscopy Techniques and Instrumentation of Atmospheric and Space Research, Vol. 4029, pp. 288-299, 2000 

  6. Jacobs, P.A.M., 'Convective Heat Exchange of a Three-Dimensional Object Placed in the Open Field.' Archives for Meteorology, Geophysics, and Bioclimatology, Ser. B, Vol. 33, No.4, pp. 349-358, 1984 

  7. C.P. Thurgood, A. Pollard, and H. A. Becker, 'The TN Quadrature Set for the Discrete Ordinates Method', Transaction of ASME (Journal of Heat Transfer), Vol. 117, pp. 1068-1070, 1995 

  8. Jun-Hyuk Choi, Tae-Jun Gil, and Tae-Kuk Kim, 'Study on Prediction of the Surface Temperature over Ground Objects by using the Temperature Obtained from the Reference Sphere', KSME, pp. 2114-2119, 2006 

  9. Steven P. Sullivan, and William R. Reynolds, 'Validation of the Physically Reasonable Infrared Signature Model (PRlSM), Proc. of SPIE, Infrared Systems and Components II, Vol. 0890, pp. 104-110, 1988 

  10. Ripley B.D., 'Spatial Statistics', John Wiley, New York, 1981 

  11. Alain Le Goff, Ph. Kersaudy, and Ph. Barillot, 'Automatic Temperature Computation for Realistic IR Simulation', SPIE, Target and Backgrounds, 2000 

  12. 김태국, '3차원 표적 표면 모델링에 대한 열해석 방법에 관한 연구' 국방과학연구소 보고서, 2004 

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