静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾,而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限,基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型,探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明：颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关;但与体积分数成正比,且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群,平衡温度主要依赖于外部辐射强度;总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下,二者均与颗粒粒径正相关,且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下,颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中,棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式,其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。     

估计南向坡面总辐射最佳倾角的表示式

提出了一个估计各月南向倾斜面太阳总辐射最佳倾角简单表示式，该式表明：太阳赤纬、水平面上太阳总辐射与直接辐射之比以及地面反射率为常数时，最佳倾角随纬度增加而增加而增大，且冬季增大较快；当纬度、太阳 纬和地面反射率不变时，最佳倾角随水平面上辐射经增大而减小，尤其在高纬冬季更加显著；夏季最佳倾角随辐射比的变化较小，这表明一地的辐射状况对该地的坡面最佳倾角有一定的影响，影响程度因季而异。     

吸收性液滴的彩虹现象

提出了基于彩虹散射光吸收系数的液滴吸收率测量方法.采用基于Mie理论的改进算法进行数值模拟.研究表明,液滴的吸收性不改变彩虹光强波峰及对应频峰的位置,但改变彩虹光强强度,尤其对彩虹表面波结构及Airy结构影响较大,并因此降低了彩虹的可见度.计算发现液滴散射光吸收系数的最大值出现在彩虹区,并随液滴吸收率和粒径的增加稳定在彩虹最大波峰角位置,而且此处的吸收系数与吸收率之间有着线性关系.基于彩虹测量技术具有易检测、易标定的特点,因此有望发展为一种新的液滴吸收系数测量方法.     

热辐射波在介质内的散射机理

从偶极子辐射理论出发导出了热辐射在介质内散射强度的一般表达式,确定了影响热辐射散射强度的主要因素.研究表明:入射辐射频率、阻尼振子的振幅等对介质的反射率、吸收率、透射率等热辐射特性具有决定性的影响.     

高压下纤锌矿GaN电子结构与光学性质的第一性原理计算

运用超软赝势平面波第一性原理方法,对纤锌矿GaN在单位面积压力为0～40 GPa时的电子结构与光学特性进行了计算.结果发现,随着单位面积压力的增大,晶格常数减小,带隙值由2.067 eV逐渐增大为3.026 eV;静态反射率减小,反射峰值减小,且峰值位置向高能量方向移动,即发生蓝移;静态折射率减小,峰值增大,位置发生蓝移;吸收边向高能方向移动,吸收峰值增大,位置也发生蓝移.     

蒙特卡洛法在辐射传热中的应用研究

针对蒙特卡洛法计算辐射传热的核心问题，研究了如何正确模拟辐射过程中发射能束的位置、方向、吸收、反射及反射方向，提出了以积分概念分布为基础的算法。通过对实例模型的计算表明，该算法可用于有曲面和非均匀面的辐射传热系统的计算，且具有收敛快、精度高的优点。     

Mg,Zn掺杂GaN的电子结构与光学性质的计算

运用超软赝势平面波第一性原理方法对Mg,Zn掺杂GaN的晶格参数、电子结构与光学性质进行了计算,结果得到GaN晶体掺杂Mg,Zn后晶格常数变大,带隙由2.084eV变为2.157,1.934eV;折射率由2.361增大为5.93,5.81,消光系数峰值向低能方向移动;静态反射率增大,反射峰值增大且位置向高能方向移动;吸收峰值由3.97减小为2.76,2.75,位置向低能方向移动;能量损失峰的位置向低能方向移动.     

节理千枚岩能量传递与动力学特性

采用SHPB装置研究不同节理倾角千枚岩在同一冲击速度下的能量传递规律和强度衰减特征，分析干燥与饱和状态下节理千枚岩的动力学特性.结果表明:节理倾角0°时强度最大，60°时强度最小，饱和状态下千枚岩峰值动强度降低，延性增强；千枚岩的反射能显著大于透射能，且随着节理倾角变化，两者增长变化规律相反；饱和状态下反射能和透射能达到稳定阶段出现时间滞后现象；随着节理倾角的增大，千枚岩反射能比先增后减，透射能比、耗散能比则变化相反，倾角60°时反射能比最大，透射能比、耗散能比最小；随着节理倾角的增长，千枚岩破坏耗能与峰值强度均呈U型分布.     

基于薄膜理论的受抑全内反射原理研究

该文根据薄膜理论基础，分析了受抑全内反射（ＦＴＩＲ）的理论机制，导出相应的光线透射率及反射率公式，从透射率、反射率随棱镜相对间隙ｄ／λ、入射角θ０及折射率ｎ的变化曲线可以看出，当间隙从０增加到一个波长量级时，透射率Ｔ从１００％下降到０；在间隙一定的情况下，增大入射角或选用大折射率的材料，都会使透射率减小。并且建立了一套实验装置以对其特性进行具体分析。     

长周期光纤光栅的耦合特性及模拟分析

本文基于三层光纤模型和耦合模理论,数值计算了弱导阶跃单模光纤中写入的非倾斜均匀长周期光纤光栅对透射谱的影响.计算结果表明:随着长周期光纤光栅周期数的增加,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小;随着折射率调制的增大,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小,损耗峰向长波方向漂移;随着光栅周期的增大,损耗峰向长波方向漂移.     

真空度对织物红外辐射性能影响的研究

对原有的织物防辐射热性能测试仪改进后测试了不同真空度条件下织物的红外辐射性能，发现真空度不同，空气对红外辐射的吸收率也不相同；辐射强度越大，气体温度越高．空气吸收率减小．还分析了影响空气吸收率的因素．     

非均匀介质薄膜反射率的角度依赖特性

基于半无限分层介质模型,讨论了具有一定折射率分布的非均匀介质薄膜反射率对入射光的角度依赖关系,得出了其光强反射率公式.在此基础上,通过数值模拟给出不同参数下非均匀介质薄膜的反射率随入射角的变化曲线.分析表明,反射率随入射角的增加呈现出先减小后增大的变化趋势.布儒斯特角随表面折射率、底层折射率、有效深度的增加及膜层厚度减小而增加,随入射波长的变化可以忽略.对于同一入射角,薄膜反射率随薄膜分层厚度增加以及表面折射率、底层折射率和有效深度的减小而减小.     

皮肤组织光学参数的变化对漫反射率、吸收比和光能流率的影响

根据皮肤结构特点,构建皮肤组织四层结构模型,采用Monte Carlo方法模拟计算光在皮肤中分布及皮肤组织光学参数变化对光分布的影响.得到如下结论：光在皮肤组织中的光能流分布与入射光束的形状和光束宽度有关,高斯光束在组织中的吸收和光能流率峰值都较均匀平面光束的大,高斯光束的能量更加集中;光在皮肤内的吸收、反射和分布与光照射参数及皮肤的光学参数有关.对于多层结构皮肤组织,第一层组织光学参数对光分布的影响要大于其它各层,越深层的组织参数对光分布的影响越小;光能流率随组织的吸收和散射系数及厚度增大而减小,但在组织表面附近出现微小的上升,且在同一层面,光能流率沿光轴向和径向都逐渐减小;漫反射率随吸收系数、各层折射率、各向异性因子和组织厚度的增大而减小,随散射系数的增大而增大;吸收比随吸收系数、折射率、各向异性因子和厚度的增大而增大,随散射系数的增大而减小.     

粗糙表面反射辐射偏振特性研究

为分析和研究粗糙表面反射辐射偏振特性及在目标表面二维空间的分布状况,基于偏振双向反射分布函数模型,推导出了粗糙表面反射辐射偏振度的一般表达式.针对不同材料涂层表面,综合考虑了表面漫反射和镜面反射,对偏振度进行了计算,分析了不同材料折射率及粗糙度下偏振度的分布.计算结果与实际测量数据基本吻合,为实际测量提供一定的理论指导.     

松萝凤梨植物窗帘辐射特性

通过对松萝凤梨特性的分析,提出利用无根无土的松萝凤梨编织成一种新型植物窗帘,使其既具有植物遮阳的优势,又避免了常规垂直绿化遮阳的缺陷,同时实现与普通遮阳材料一样的操控便捷,是一种性能优良的天然太阳辐射控制器.采用分光光度计测试方法对松萝凤梨叶片全波长范围内的辐射特性进行了测定,得到松萝凤梨叶片的吸收率为0.64,反射率为0.36,透射率为0,推荐松萝凤梨叶片的长波辐射吸收率取为0.83.研究结果表明,采用叶片拼接法测试较小叶片的辐射特性是可行的.以此为基础,建立了松萝凤梨植物窗帘辐射特性计算模型,不同密度的松萝凤梨植物窗帘的吸收率、反射率、透射率由植物窗帘密度和松萝凤梨叶片辐射特性共同决定.     

吸收系数对炉膛传热计算的影响

对炉膛内的辐射传热用蒙特卡罗方法进行模拟计算,对吸收系数为常数及吸收系数随温度、浓度变化情况下的炉膛烟气温度分布与炉管热强度分布进行对比.结果表明,烟气的吸收系数对计算结果有较大的影响,当烟气的吸收系数随温度、浓度变化时,计算所得的烟气温度分布、管壁热强度分布以及热负荷值与实际情况更加相符.     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

液体泄漏破碎行为数值模拟

液体泄漏破碎行为研究对核反应堆安全分析具有重要意义,泄漏破碎形成的粒径尺寸分布是影响燃烧速率的重要因素.利用计算流体力学程序FLUENT对液体泄漏破碎进行三维模拟计算,与相关实验结果对比表明:液体流动轨迹、液滴索特尔平均直径(sauter mean diameter,SMD)与实验吻合较好,验证了流体体积法-离散颗粒法(volume of fluid-discrete particle model,VOF-DPM)模型模拟液体泄漏破碎行为的适用性.在此基础上分析了不同工质及不同流速对液体破碎行为的影响.研究表明,在液体喷射速度和管道破口直径相同的情况下,工质表面张力越大,破碎形成液滴尺寸越小;随着液体喷射流速增大,所得粒径平均直径减小;液体破碎粒径沿径向方向分布较为对称,液滴在喷射中心区域粒径较小轴向方向靠近破口处粒径较大.     

液-液雾化液滴的粒径分布特性

液-液雾化形成液滴的过程是一个动态的和随机的现象,所形成液滴的大小具有不确定性,但在大量的实验条件下,液滴粒径的大小又呈现统计规律性。为了研究不同流量工况下雾化液滴的粒径分布特性,采用数理统计方法作为一种研究手段进行统计分析。研究结果表明:不同的流量工况下,雾化液滴的粒径大小均呈现一定的分布形式,且随流量的增大,粒径分布的中位粒径、标准偏差的总体变化趋势是减小的;同时为了获得能够描述液滴粒径分布的经验表达函数,对3种常用的粒径分布函数Log-Normal分布、Rosin-Rammler分布、Nukiyama-Tanasawa分布,进行了Pearson χ2拟和优度检验,发现在整个实验流量范围内,Rosin-Rammler分布函数均能够比较准确地描述液滴的粒径分布。