粒子及其聚集體形貌表征和散射特性模擬.pdf

1、實(shí)際大氣中分散漂浮著各種形狀的顆粒物,這些顆粒物通常不能影響大氣的宏觀動(dòng)力學(xué)特性,但是可以通過(guò)散射作用影響太陽(yáng)能量在大氣中的分配與傳播。同時(shí),大氣中的顆粒半徑尺度和紅外波段尺度數(shù)量級(jí)相近,因而顆粒散射對(duì)紅外輻射波傳遞影響很大,直接影響地球以紅外輻射的形式向太空散發(fā)熱量的過(guò)程,使熱量難以散發(fā)到大氣層外,從而引起溫室效應(yīng)。此外,由于粒子的吸收、散射、偏振等光學(xué)特性,可減弱雷達(dá)探測(cè)信號(hào),還可以遮蔽可見(jiàn)光甚至對(duì)抗激光,在軍事和民用方面都有很多應(yīng)

2、用,比如制造煙霧來(lái)防御激光武器,應(yīng)用紅外粒子制備紅外隱身材料等?？傊?開(kāi)展微小粒子散射特性研究對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等多個(gè)學(xué)科都有重要意義。
　　基于以上背景,本文主要開(kāi)展以下三方面的研究:
　　(1)對(duì)存在于大氣中的單體非球形粒子進(jìn)行參數(shù)化描述,研究了單體粒子形狀、粒子空心區(qū)域?qū)误w粒子散射特性的影響,并討論了子彈花環(huán)粒子的枝數(shù)對(duì)粒子衰減特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)空心部分對(duì)粒子衰減特性具有增強(qiáng)效果,此外,子彈玫瑰花粒子的枝數(shù)在

3、臨界尺度參數(shù)之前對(duì)散射特性參數(shù)影響不大,超出該臨界后,散射特性參數(shù)在考慮吸收作用時(shí)隨著枝數(shù)的增加而增加,不考慮吸收作用時(shí)隨枝數(shù)的增加不再具有規(guī)則性。
　　(2)在單體粒子散射特性研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)展聚集粒子散射特性的研究,以動(dòng)力學(xué)生長(zhǎng)模型CCA生成不同形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分形維度的聚集粒子并進(jìn)行散射特性計(jì)算,討論了聚集類(lèi)型、聚集單元粒子的尺度參數(shù)及形狀對(duì)聚集粒子散射的影響。研究表明,在考慮單元粒子間相互作用時(shí),不同聚集類(lèi)型的聚集粒子平行、垂

4、直散射強(qiáng)度變化趨勢(shì)保持一致;而在考慮粒子間相互作用時(shí),各聚集類(lèi)型的粒子平行散射強(qiáng)度在90°散射角都出現(xiàn)極小值。此外,對(duì)雙粒子聚集體而言,切比雪夫形狀對(duì)相函數(shù)無(wú)明顯影響,所獲衰減截面及吸收截面相對(duì)球聚集偏高;橢球形狀在小尺度范圍內(nèi)對(duì)散射相函數(shù)具有較大影響,但所獲衰減截面及吸收截面數(shù)值相對(duì)球聚集偏低;圓柱形狀對(duì)相函數(shù)影響與橢球類(lèi)似,但隨著尺度參數(shù)的增加,其衰減截面相對(duì)球聚集呈下降趨勢(shì),從高于球聚集變化到低于球聚集。
　　(3)利用多變