非均質粒子及其團聚物的輻射特性.pdf

1、非均質粒子及其團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實驗測量過程繁瑣且耗資費時，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聚物輻射特性，以及碳黑團聚物輻射特性的等效計算方法也有待進一步的研究。因而有必要從理論上進一步深入研究非均質粒子及其團聚物的輻射特性。
　　本文結合有效介質理論與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，利用有效介質理論結合T矩陣方法，研究大氣中碳黑團聚物的輻射特性。主要工作包括以下五個方面：
　　1.采用有效介質理論和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，分析了有效介質理論的適用范圍。由于煤灰實際組分不同于其相應的工業(yè)分析成分，基于工業(yè)分析成分有效介質理論結合Mie理論不適用于燃燒生成煤灰的輻射特性計算，但適用于人工合成灰渣。
　　2.發(fā)展了計算多層球粒輻射

3、特性的蒙特卡羅光線蹤跡法。對比光線蹤跡法和包覆層粒子電磁理論，分析了有效介質理論計算相變粒子輻射特性的適用性，以及有效介質理論計算多層球形粒子輻射特性的適用范圍。研究結果表明，有效介質理論結合Mie理論適用于水和氧化鋁相變粒子輻射特性的計算。對于多層非均質大粒子，層間折射率和消光系數(shù)偏差較小時，有效介質理論結合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間的變化關系，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、液滴濃度和工質種類對液滴層輻射換熱的影響。結果表明在單個液滴相變換熱過程中，水滴的蒸發(fā)和太陽輻射對液滴溫度的影響顯著。液滴層內的相變區(qū)域和溫度分布表明，相變對換熱過程的影響不可忽略。
　　4.采用T矩陣方法研究了爐內不同形態(tài)碳黑團聚物的輻射特性，評估了基于體積、投影面積、回轉半徑及體積和投影面積比等效的球形近似方法計算碳黑團聚物輻射特性的適用性。結果表明：爐內團聚物的

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?。欢鴮τ谏⑸湎嗪瘮?shù)，投影面積近似法的偏差較其它近似法小。
　　5.利用有效介質理論結和T矩陣法，研究了氣溶膠中相對濕度變化時兩種形態(tài)（枝節(jié)狀與密實狀）團聚物的輻射特性，并分析了包覆水層厚度、灰塵混合結構和摻雜體積分數(shù)以及粒徑分布對團聚物輻射特性的影響。相對濕度從10％增加到100%時，密實狀團聚物的散射截面相對于枝節(jié)狀散射