实时生成飞行器在飞行过程中的红外图像对于研究飞行器的红外特性具有重要意义。飞行器在飞行过程中，由于其飞行速度、高度、姿态等参数变化性较大，且机体本身容易受到环境、背景等辐射的影响，因此较难准确地仿真机体的温度场分布。由于飞行器机体温度场分布与飞机的运动状态密切相关，因此文中首先建立了决定其姿态和速度的控制模型，并对飞行器面源热平衡方程进行建模研究。然后，应用 CFD（Computational Fluid Dynamics）对飞行器的绝热壁温度场进行求解，并给出了机体绝热壁温度的高度简化算法。最后仿真了不同飞行器在不同波段、不同高度、不同速度下的红外图像。

铌酸锂波导集成光学芯片是高精度光纤陀螺系统的核心器件, 其性能直接影响光纤陀螺系统的性能。而质子交换炉是用质子交换法制备铌酸锂光波导的主要设备, 其炉温的控制质量直接影响铌酸锂光波导的质量。为了实现炉温的精确控制, 以炉膛内空气的温度为控制对象, 基于热平衡机理建立了质子交换炉温控模型, 并在此模型基础上进行了稳定性分析, 并利用MATLAB软件对温控模型进行PID控制仿真, 结果表明, 所建立出来的温控模型是稳定的, 但系统采用PID控制时抗干扰能力差, 这为进一步研究温度控制策略提供了依据。

海面温度场建模与求解是海面红外仿真的前提和基础。针对海面换热复杂、海水传热迟滞等特点, 本文提出一种基于有限差分的海面红外温度场迭代建模方法。该方法在详细分析海面温度成因的基础上, 从环境温湿度入手, 对太阳辐射、大气辐射、大气传导换热、蒸发潜热等项和海水各层之间的传热计算, 建立热平衡与热传导方程, 利用有限差分方法进行建模, 仿真计算一天 24 h范围内的海水温度曲线, 并通过多次迭代计算解决了海水初始温度设定问题。实验结果表明, 本文提出的算法充分考虑了海水传热的迟滞效应, 仿真生成一天范围内的海面温度稳定曲线, 通过多次迭代解决初始温度获取困难、算法时效性不强等问题, 最后与实测温度进行对比, 结果较符合实际, 验证了算法的有效性。

多孔活性金属材料因为内部存在大量的孔隙, 大大地增加了与空气的接触面积, 使得其在空气中的燃烧较为猛烈, 燃烧温度迅速上升。 其燃烧过程属于固体燃烧的范畴, 较为复杂。 以镁为例, 通过建立燃烧模型, 来研究多孔活性金属的光谱辐射特性。 首先, 建立氧气总消耗量与活性金属剩余质量的关系, 研究氧气在活性金属孔隙内的扩散浓度关系, 通过求解活性金属热平衡方程得到活性金属燃烧过程中温度与时间的关系式, 进而得到活性金属的峰值光谱辐射强度表达式; 然后, 将模型计算的仿真结果与红外热像仪测得的实验结果对比, 结果表明, 模型的计算结果与实验结果相一致, 误差在了10%以内; 最后, 通过建立的燃烧模型来研究活性金属燃烧规律以及其光谱辐射特性, 解决了高空、 高速下的活性金属光谱辐射强度难以实验获得的问题, 大大减小了实验成本与时间。 分别对比不同时间活性金属箔片在1～3, 3～5以及8～12 μm波段下的辐射强度, 得出活性金属燃烧时的辐射强度主要集中在3～5 μm波段的结论。 研究结果表明: 自燃金属最大燃烧温度随高度的增加逐渐下降, 随气流速度的增加先增加后减小, 在速度为30 m·s-1时, 温度达到最大; 自燃金属的光谱辐射强度在2～6 μm波段达到最大。 该模型也可以用来研究其他活性金属的燃烧特性。

为了找到LY12铝合金板材在特定激光功率、板材厚度下的最佳切割速度, 根据能量守恒原则, 建立激光切割前沿的热平衡方程式。通过穷举法估算出LY12铝合金对CO2激光吸收率A为8%;然后用迭代法计算最佳切割速度, 以激光功率P=2 800 W, 气体压力p=0.6 MPa为例, 计算出最佳切割速度v=2 136 mm/min。通过试验验证此条件下激光切割质量最佳, 可实现激光切割质量的优化。

基于光纤布拉格光栅和傅里叶热传导方程提出了一种实现复合材料圆筒结构热扩散系数测量的水热平衡法，并进行了理论分析和实验研究。当圆筒结构内部流体温度升高，由初始低温平衡状态向高温平衡状态过渡，其内部流体热量从内向外传递，由于热阻的存在，而使内外壁呈现不同的温度特性，导致内外壁温度分布呈现差异性；依此原理，利用光纤布拉格光栅温度敏感特性，获取中心波长与温度函数关系及中心波长与时间函数关系，确定圆筒结构温度分布函数；根据傅里叶一维导热方程和边界条件即可求得结构热扩散系数。实验表明，升温测量与降温测量结果具有一致性，证明了该测量方案的可行性与可靠性。该测量系统具有传感元件简单、稳定性好、可操作性强等优点，为此类圆筒结构热扩散系数测量提供了一种新颖可行的方法。

建立了完善的卫星温度场与红外特性的理论计算模型，并对卫星3～6 μm 和6～16 μm 波段的红外热像进行了可视化仿真。首先根据卫星、地球和太阳的位置关系，计算了卫星接收的空间热流；然后利用有限元法求解瞬态热平衡方程得到了卫星的表面温度分布；最后在3～6 μm 和6～16 μm 波段分别计算了卫星的红外辐射出射度并对卫星的红外热像进行了可视化仿真。研究结果对于空间目标的红外探测与识别具有参考价值。

建立了完善的卫星温度场与红外特性的理论计算模型。首先根据卫星、地球和太阳的位置关系，计算了卫星接收的空间热流；其次利用有限元法求解瞬态热平衡方程，得到了卫星的表面温度分布；然后在3~6 μm 和6~16μm 波段分别计算了卫星作为点源时的红外辐射强度空间分布；最后比较了卫星、卫星本体和卫星太阳翼在红外双波段的辐射强度，并详细分析了空间热流对卫星红外特性的影响。文章的研究结果对于空间目标的红外探测与识别具有参考价值。

建立了完善的空间气球温度场与红外辐射特征的理论计算模型。首先建立了计算所需要的空间坐标系并计算了空间气球接收到的空间辐射热流,其次利用有限元软件ANSYS 10.0 求解瞬态热平衡方程得到了空间气球的表面温度分布,然后在3~6 μm 和6~16 μm 红外波段分别计算了空间气球作为点源时的红外辐射强度空间分布,最后详细比较并分析了空间气球与空间弹道式目标在表面温度分布和红外辐射强度空间分布的不同。文章的研究结果对于空间目标的红外探测与识别具有参考价值。

绝对辐射计测量光辐射需要接收辐射和电定标两个阶段,这两个阶段都要使辐射计的接收腔达到热平衡才能比较它们的腔温响应,电定标其辐射量值。根据绝对辐射计接收腔在光入射(或电加热)时腔温升响应的指数变化规律,研究出在辐射入射腔之初就动态预测其功率,电加热补偿,使腔的温度在接收辐射和电定标阶段维持恒定的状态下,快速达到平衡进行测量的新方法。为世界辐射中心(PMOD/WRC)研制的两台太阳辐照绝对辐射计SIAR-2a和SIAR-2b采用了这种快速测量的方法。并在世界辐射中心进行一年半10000多次同世界标准(辐射计)组(WSG)一起同时观测太阳辐照度的比对实验,结果表明其绝对辐射精度达到了0.08％,既保持了原有测量方法(慢速热平衡、测量时间长)的精度,又缩短了秒测量时间。