非均質(zhì)粒子及其團(tuán)聚物的輻射特性.pdf

1、非均質(zhì)粒子及其團(tuán)聚物的輻射特性在燃燒系統(tǒng)、航空航天和大氣環(huán)境等工程應(yīng)用中有著廣泛深入的研究。在燃燒系統(tǒng)中，煤灰輻射特性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)量過程繁瑣且耗資費(fèi)時(shí)，以及航天器噴射出的相變液滴和多層粒子的輻射特性獲得困難。氣溶膠中包覆水層和灰塵摻雜的碳黑團(tuán)聚物輻射特性，以及碳黑團(tuán)聚物輻射特性的等效計(jì)算方法也有待進(jìn)一步的研究。因而有必要從理論上進(jìn)一步深入研究非均質(zhì)粒子及其團(tuán)聚物的輻射特性。
　　本文結(jié)合有效介質(zhì)理論與Mie理論研究多組分煤灰粒子、

2、水及氧化鋁相變粒子和多層球形粒子的輻射特性，利用有效介質(zhì)理論結(jié)合T矩陣方法，研究大氣中碳黑團(tuán)聚物的輻射特性。主要工作包括以下五個(gè)方面：
　　1.采用有效介質(zhì)理論和Mie理論研究了多組分人工合成灰渣和天然煤灰粒子的輻射特性，分析了有效介質(zhì)理論的適用范圍。由于煤灰實(shí)際組分不同于其相應(yīng)的工業(yè)分析成分，基于工業(yè)分析成分有效介質(zhì)理論結(jié)合Mie理論不適用于燃燒生成煤灰的輻射特性計(jì)算，但適用于人工合成灰渣。
　　2.發(fā)展了計(jì)算多層球粒輻射

3、特性的蒙特卡羅光線蹤跡法。對(duì)比光線蹤跡法和包覆層粒子電磁理論，分析了有效介質(zhì)理論計(jì)算相變粒子輻射特性的適用性，以及有效介質(zhì)理論計(jì)算多層球形粒子輻射特性的適用范圍。研究結(jié)果表明，有效介質(zhì)理論結(jié)合Mie理論適用于水和氧化鋁相變粒子輻射特性的計(jì)算。對(duì)于多層非均質(zhì)大粒子，層間折射率和消光系數(shù)偏差較小時(shí)，有效介質(zhì)理論結(jié)合Mie理論可用來近似估算多層粒子的輻射特性。
　　3.建立了液滴、液滴層輻射相變模型，分析了液滴溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，研究

4、了空間液滴輻射散熱器中液滴層流速、粒徑分布、液滴相變、液滴層厚、液滴濃度和工質(zhì)種類對(duì)液滴層輻射換熱的影響。結(jié)果表明在單個(gè)液滴相變換熱過程中，水滴的蒸發(fā)和太陽(yáng)輻射對(duì)液滴溫度的影響顯著。液滴層內(nèi)的相變區(qū)域和溫度分布表明，相變對(duì)換熱過程的影響不可忽略。
　　4.采用T矩陣方法研究了爐內(nèi)不同形態(tài)碳黑團(tuán)聚物的輻射特性，評(píng)估了基于體積、投影面積、回轉(zhuǎn)半徑及體積和投影面積比等效的球形近似方法計(jì)算碳黑團(tuán)聚物輻射特性的適用性。結(jié)果表明：爐內(nèi)團(tuán)聚物的

5、輻射特性隨形態(tài)參數(shù)變化較小。四種等效近似法中，對(duì)于吸收截面，基于體積和投影面積比等效的近似方法較其它方法偏差??；而對(duì)于散射相函數(shù)，投影面積近似法的偏差較其它近似法小。
　　5.利用有效介質(zhì)理論結(jié)和T矩陣法，研究了氣溶膠中相對(duì)濕度變化時(shí)兩種形態(tài)（枝節(jié)狀與密實(shí)狀）團(tuán)聚物的輻射特性，并分析了包覆水層厚度、灰塵混合結(jié)構(gòu)和摻雜體積分?jǐn)?shù)以及粒徑分布對(duì)團(tuán)聚物輻射特性的影響。相對(duì)濕度從10％增加到100%時(shí)，密實(shí)狀團(tuán)聚物的散射截面相對(duì)于枝節(jié)狀散射