殼核結(jié)構(gòu)納米顆粒消光效應(yīng)與近場(chǎng)輻射傳熱數(shù)值研究.pdf

1、微尺度下輻射研究可采用數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究方法。實(shí)驗(yàn)研究常受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備與操作環(huán)境。數(shù)值研究物理概念清楚，理論研究比較充分，簡(jiǎn)化假設(shè)較少，能較準(zhǔn)確的反映實(shí)際的物理過(guò)程，其結(jié)果可作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究的依據(jù)。因而本文主要采用數(shù)值研究的方法分析微尺度下的輻射換熱問(wèn)題。
　　輻射換熱屬于傳熱領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，根據(jù)不同溫度物體間距離的不同，可以將輻射分成遠(yuǎn)場(chǎng)輻射與近場(chǎng)輻射。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射可以通過(guò)斯蒂芬-波爾茲曼公式計(jì)算獲得，結(jié)果與物體間的距離無(wú)關(guān)。而近

2、場(chǎng)輻射卻由于電磁波的耦合作用，隨著物體間距離減小輻射換熱量大大增加，并且與物體間距離呈六次方反比關(guān)系，同時(shí)可以通過(guò)改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、尺寸、材料等來(lái)改變物體間近場(chǎng)輻射換熱的大小與換熱的光譜區(qū)間。
　　納米顆粒群間的輻射換熱屬于微尺度換熱范疇，在此，引入一種新型物質(zhì)結(jié)構(gòu)，即半導(dǎo)體內(nèi)核金屬外殼構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米顆粒，通過(guò)改變物質(zhì)的半徑、體積分?jǐn)?shù)、陣列間的距離來(lái)控制物質(zhì)的輻射換熱特性。納米顆粒群的消光作用可以分為吸收作用和散射作用，依據(jù)顆粒尺

3、寸和體積分?jǐn)?shù)的不同，納米顆粒間的散射可以分為獨(dú)立散射與非獨(dú)立散射，近場(chǎng)輻射為非獨(dú)立散射情況下顆粒間的輻射耦合作用提供了一種解釋。
　　本文第一章介紹了本論文的研究背景以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章引入輻射換熱基礎(chǔ)理論的介紹，包括Maxwell電磁理論與電介質(zhì)函數(shù)模型，分析溫度對(duì)介質(zhì)電介質(zhì)函數(shù)的影響以及不同電介質(zhì)函數(shù)模型的區(qū)別，基于Maxwell原理的波動(dòng)電動(dòng)力學(xué)方法得到了兩個(gè)平面間和兩個(gè)顆粒間的輻射換熱特性和光譜變化情況。第三章在第

4、二章的基礎(chǔ)上，得到了殼核結(jié)構(gòu)納米陣列間的近場(chǎng)輻射作用，包括殼核結(jié)構(gòu)納米顆粒陣列間的近場(chǎng)輻射和殼核結(jié)構(gòu)納米線陣列間的近場(chǎng)輻射，并依次計(jì)算了相應(yīng)的近場(chǎng)輻射熱傳導(dǎo)。第四章則主要分析殼核結(jié)構(gòu)顆粒群的消光效應(yīng)，首先介紹顆粒輻射的散射與吸收理論，依次介紹與消光效應(yīng)相關(guān)的Mie散射理論、基于射線追蹤的蒙特卡洛方法、Quasi-static近似的Rayleigh散射方法，在以上理論研究的基礎(chǔ)上，得到了不同尺度、體積分?jǐn)?shù)、材料的納米顆粒群的消光效應(yīng)和輻射