介质中球形颗粒辐射吸收及温度场分布

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颗粒被称为物质的第四态,典型的含颗粒介质如:大气气溶胶、隐身涂料、火箭尾喷焰等。电磁波在介质中传播时,会发生光强衰减、波长变小等,且颗粒与介质也有着复杂的相互作用,所以辐照条件下,介质环境中颗粒的吸收、散射是很多研究者关心的问题。本文对介质中颗粒的辐射吸收问题做了全面地分析,主要完成了以下的研究工作:(1)基于吸收性介质中的Mie理论,对介质中颗粒的电场分布建立数理模型,以Ag在ZnS、H2O中为例,计算了颗粒受辐照时内部的电场分布情况,并分别与Ag在真空中的电场分布进行比较。在本文计算范围内,尺度参数越小,颗粒内的电场越往后部集中;尺度参数越大,电场越往前部集中。(2)以辐射吸收能为颗粒的内热源,基于数值传热学编程求解导热微分方程,计算了Ag在ZnS中、A1203在H20中受辐照时,颗粒横截面的温度分布,结果发现粒径与波长主要影响温度分布的形状;辐照时间和强度主要影响温度峰值的大小。(3)基于Mie理论建立单个颗粒受辐照的FDTD模型,并比较两种方法的结果。借助FDTD软件模拟纳米Ag/Al2O3球壳颗粒在介质H2O中的辐射吸收特性。在本文计算范围内,小尺寸Ag颗粒的吸收特性比较强;颗粒间距增大使得Ag颗粒的吸收特性减弱。核心Ag颗粒尺寸越小,介质H20的平均辐射吸收能密度越强;H2O的辐射吸收效应随颗粒间距的增大整体趋势逐渐升高。(4)采用磁控溅射加退火的实验方法制备颗粒复合介质,以实验的方法间接证明了颗粒对入射辐射的电磁响应会受颗粒大小、间距和介质的影响。实验说明,在基底上制备复合薄膜后,样品的整体反射增加、透射减小、吸收增强;复合薄膜受辐照时,辐射特性的改变是颗粒与介质耦合作用的结果,且这种相互作用比单纯颗粒或介质对光的作用更显著。
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