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

1、微尺度下輻射研究可采用數(shù)值與實驗研究方法。實驗研究常受限于實驗設備與操作環(huán)境。數(shù)值研究物理概念清楚，理論研究比較充分，簡化假設較少，能較準確的反映實際的物理過程，其結(jié)果可作為進一步實驗研究的依據(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題。
　　輻射換熱屬于傳熱領域的一個重要分支，根據(jù)不同溫度物體間距離的不同，可以將輻射分成遠場輻射與近場輻射。遠場輻射可以通過斯蒂芬-波爾茲曼公式計算獲得，結(jié)果與物體間的距離無關。而近

2、場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系，同時可以通過改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、尺寸、材料等來改變物體間近場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)，即半導體內(nèi)核金屬外殼構(gòu)成的復合結(jié)構(gòu)納米顆粒，通過改變物質(zhì)的半徑、體積分數(shù)、陣列間的距離來控制物質(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、寸和體積分數(shù)的不同，納米顆粒間的散射可以分為獨立散射與非獨立散射，近場輻射為非獨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內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章引入輻射換熱基礎理論的介紹，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原理的波動電動力學方法得到了兩個平面間和兩個顆粒間的輻射換熱特性和光譜變化情況。第三章在第

4、二章的基礎上，得到了殼核結(jié)構(gòu)納米陣列間的近場輻射作用，包括殼核結(jié)構(gòu)納米顆粒陣列間的近場輻射和殼核結(jié)構(gòu)納米線陣列間的近場輻射，并依次計算了相應的近場輻射熱傳導。第四章則主要分析殼核結(jié)構(gòu)顆粒群的消光效應，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相關的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上，得到了不同尺度、體積分數(shù)、材料的納米顆粒群的消光效應和輻射