含气泡粒子辐射特征的有效介质理论适用性研究

采用离散偶极近似法和Bruggeman有效介质理论分别计算了气泡个数为49、99、149、199、249和299的含气泡粒子的辐射特性参数.比较分析后发现:对于衰减因子、吸收因子和散射因子,在气泡数目小于一定值时,有效介质理论具有较好的适用性,反之适用性较差;对于单次散射反照率和非对称因子,有效介质理论均具有较好的适用性.同时证明了Michael教授关于有效介质理论对含气泡粒子适用性推测的片面性.     

水中微气泡激光散射场的特性

根据Mie散射理论研究水介质中微空气泡的光散射特性, 给出了散射强度分布、 散射光的偏振度与散射角的关系和前向散射光强与气泡半径的关系. 研究表明, 在一定波长下, 前向散射光强与气泡半径呈线性关系, 为空气泡的测量提供了理论模型.      

水介质中碳粒子Mie散射特性的研究

基于Mie散射理论,对水介质中碳微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了散射强度与散射角、散射强度与粒子半径以及光学截面与入射波长的关系.研究表明,粒子的前向散射占优势;在入射波长确定的情况下,粒子的半径越大,前向散射强度越强.     

基于几何光学近似模型的大气泡粒子散射光场分布计算

基于几何光学近似模型（GOM）对大气泡粒子散射特性进行了分析.针对散射角的多值问题进行了研究,并对不同三角函数的求解方法进行了分析,提出了一种基于tan（θp2）函数和MATLAB中的fsolve（.）函数的遍历取值的简便准确求解方法,计算了球形的大气泡粒子和水粒子的总散射光强分布、近场和远场散射相位分布,并与Mie理论计算进行了比对,计算结果与Mie理论计算吻合很好,验证了算法的正确性.     

生物组织对偏振光背向散射Mueller矩阵的分布

用Stokes矢量描述光的偏振状态,光学器件对光的作用,用相应的Mueller矩阵表示,根据散射介质的对称性,从理论上推导出了生物组织背向散射Mueller矩阵的分布,对球形粒子组成的散射介质,画出了各Mueller矩阵元随方位角的分布图,与相应的实验结果进行了比较,结果表明,由球形散射粒子组成的不同粒子直径、不同浓度的散射介质,其背向散射Mueller矩阵的分布花样具有相似性,要区分各散射介质中散射粒子的大小、浓度等特征,必须细致的研究散射介质背向散射Mueller矩阵分布花样强度随径向的变化.     

基于P_n近似方法的消防水幕辐射传输模拟分析

水幕系统对火焰辐射衰减问题包含了气体、水滴粒子、不完全燃烧产生的炭黑粒子等吸收、散射以及液滴蒸发吸热等过程。针对此问题,本文首先采用Mie散射理论与有效介质理论相结合,建立了水滴粒子以及炭黑掺杂混合液滴的吸收散射特性参数计算模型;在此基础上,考虑燃气辐射吸收作用,采用球谐函数法构造了多层半透明水幕介质的辐射传输计算模型。利用该模型分析了载液量、液滴粒径、水滴蒸发、粒子混合等因素对辐射衰减能力的影响。     

基于Mie理论的四种典型水云的光散射计算

在Mie理论的基础上,利用修正伽马函数来描述水云的粒子尺度分布,计算了一类层云、二类层云、一类层积云和二类层积云这四种典型水云的消光系数、单次散射反照率、不对称因子和散射相函数.结果表明,粒子的消光系数、单次散射反照率和非对称因子随着入射波长的增加有较大的起伏,后两者随着波长的增加其变化趋势基本一致;消光系数主要受云中液态水含量的影响;对于单次散射反照率来说,在可见光波段,反照率非常接近于1;在短波段,粒子的非对称因子变化较小,并且随着波长的增加,非对称因子会逐渐增大;Mie相函数随着散射角的增加呈现出先减小后增大的趋势,但相函数随着波长的增加,并没有呈现出简单的线性关系.     

毛细管端气泡形成规律及其影响因素

研究了气泡在毛细管端形成的基本规律,对于半径较小的毛细管,理论计算与实验结果是基本一致的。借助于高速摄像机进行液下气泡法检漏可以定量测出泄漏率,实验结果具有较好的重复性。探讨了介质物性、试验压力、加载方式等对气泡形成的影响。     

基于高阶形函数边界元法的金属介质散射模拟

用金属介质表面电荷和电流分别代替电位和磁位,推导出非迟滞和迟滞情形下金属介质粒子散射的边界积分方程;采用高阶形函数处理离散后的边界积分方程提高了解的精度;对不同形状的介质材料进行粒子散射的数值模拟,数值解与解析解对比结果表明此边界元法具有有效性.     

电浮选过程中气泡行为的研究

为了更好地研究气泡对浮选效果的影响,基于电浮选过程中气泡的特点和特性方程,分析电浮选过程中影响气泡直径的主要因素并确定粒子与气泡的碰撞概率.研究结果表明:在酸性介质中,电极材料对氢气泡直径有明显的影响,中性介质和碱性介质中电极材料对氢气泡直径的影响较小,但介质pH对氧气泡和氢气泡直径均产生较大影响;电极直径和电流密度在所研究的范围内对氢气泡直径和氧气泡直径的影响不大,只是部分气泡直径的分散性变得更加明显;随着温度的增加,最大气泡量所对应的氢气泡直径明显增大,但氢气泡的直径分布范围并未发生太大的改变;随着电流密度的增加,气泡的直径减小,当电流密度达到某一数值时,粒子与气泡碰撞概率达到最大.     

近红外波段气溶胶粒子形状和性质对散射特性的影响

为了研究近红外波段气溶胶粒子的形状和性质对散射特性的影响,将气溶胶粒子视为非球形粒子,并用T矩阵理论对0.94 μm波段的气溶胶粒子进行了一系列计算分析.计算结果表明:进行单个气溶胶粒子的散射计算时其形状因子是不可忽视的元素,单个气溶胶粒子的散射相函数随着粒子形状的不同在前向和后向有明显变化;进行气溶胶粒子前向体散射计算时非球形粒子近似成球形粒子带来的误差较小,后向误差仍较大;气溶胶粒子性质的不同,即折射指数和数密度的不同对散射特性影响较大.     

吸波微粒的散射和吸收特性

利用Lorenz-Mie散射理论,解出了吸波涂层中吸波微粒的散射、消光和吸收特性.讨论了吸波微粒在粒径不大于100μm范围内的散射与吸收特性:吸波微粒在此粒径范围内吸收远大于散射,在考虑涂层中的辐射传输时散射可以忽略不计;磁性粒子由于磁损耗,其吸收远大于具有相同介电常数和粒径的非磁性粒子;与非磁性粒子不同,在此范围内磁性粒子具有很强的前向散射性质.     

分形簇团粒子光学特性的数值计算

基于分形理论,模拟了具有分形结构的簇团粒子,用离散偶极子近似方法,计算单个簇团粒子光学特性,得到簇团粒子的散射强度随入射光波长变化的角分布,并将所得数值结果与T矩阵和Mie理论的数值结果进行比较,同时给出簇团粒子的线性极化度的角分布,为研究复杂结构目标散射体的光散射特性提供了有效的计算方法.     

正负介质覆盖下金属柱的电磁散射特性研究

基于严格的电磁场理论,文章分析了正负双层介质涂覆金属柱的电磁散射特性,并讨论了金属柱包层厚度对远区散射场的影响.通过分析单层正介质和双层介质涂覆下金属柱的电磁散射特性,可知适当选取外层双负介质厚度能有效降低金属柱的后向散射场.     

基于蒙特卡罗方法的大气激光通信后向散射特性分析

激光在自由空间进行传输时,受大气分子和气溶胶粒子的影响,发生的后向散射效应会降低激光传输系统的可靠性,研究激光在大气中传输的后向散射效应,可以有效提高激光通信系统的安全性和保密性。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对大气后向散射信道特性进行分析,建立了激光在大气中传输的后向散射理论模型,为了提高蒙特卡罗算法的计算效率,在原模型的基础上提出了一种改进的快速蒙特卡罗方法,分析了能见度、非对称因子以及介质反照率对后向散射能量的影响,利用MATLAB进行了仿真模拟分析,得出后向散射能量随能见度、非对称因子以及介质反照率的变化规律,结果表明该方法可以准确和快速地计算后向散射能量,并为激光通信系统的设计提供了依据。     

α粒子结构下的π-12C非弹性散射

从12C原子核的α粒子结构观点出发，应用12C原子核内α粒子的形状因子和跃迁形状因子，在Glauber散射理论框架下，计算了共振区内能量为Tn=150,180MeV,π－12C的2＋（4．43MeV)和3－（9．64MeV)非弹性散射微分载面，理论结果与实验较好地符合。ππ     

极化脉冲回波Mueller矩阵解数值模拟非均匀分层植被与其中随机目标的散射

给出非均匀分层、各层各异非球形粒子随机介质在脉冲波入射下矢量辐射传输方程(VRT)的Mueller矩阵解,数值模拟了极化后向散射.极化脉冲回波强度的时滞方式及其时间上的变化能表明体散射和面散射机制,它描绘了随机散射粒子层的非均匀分布.由此,讨论了植被层有效高度的确定,并用同极化后向散射在时间上回波强度的突异变化识别非均匀植被层中异常散射体的分布.     

颗粒增强复合材料的界面损伤对有效波速的影响

研究了具有非完好黏接界面的球形粒子对弹性波的散射以及含分布球形增强粒子的复合材料中的弹性波多重散射．首先,在弹簧模型下研究了单个球粒子的弹性波散射问题．然后在统计平均意义下研究了具有随机分布粒子的复合材料中的有效波以及有效波波速和衰减的计算公式．进一步,根据有效波波速和衰减对界面常数的依赖关系,研究了界面损伤对有效波波速和衰减的影响．在此基础上提出了一种依据超声测量数据对界面损伤进行无损估计的方法．针对Sic—Al复合材料进行了数值模拟．计算了不同界面损伤程度情况下的有效波波速和衰减．并利用遗传算法对含不同误差水平的合成实验数据就界面损伤进行了反演计算．数值结果表明对含随机误差的合成实验数据进行反演计算能对界面损伤程度作出近似的估计并且反演算法对不同误差水平具有相对稳定性．     

水中离轴球形粒子对高斯波束的声散射

将入射高斯波束用球函数展开,采用有限项级数展开的方法计算了高斯波束的波束因子,并根据声波散射理论,推导出球形粒子在偏离高斯声波轴线时散射波形函数的解析表达式,研究了高斯波束的波束宽度、离轴的距离等参数对声散射特性的影响.通过数值仿真,给出了刚性球形粒子在高斯波束作用下的散射声场的空间分布.仿真结果表明:随着波束宽度的增加,散射波形函数的幅度逐渐增大,当波束宽度为20倍的波长时,其散射波形函数曲线和平面波的完全吻合;随着粒子离轴距离和角度的增大,散射波形函数的幅度逐渐减小.该研究为利用聚焦波束实现粒子操控提供了理论依据.     

黏性对含气泡液体中声波传播的影响

用有效介质理论、在线性近似的基础下研究了含气泡黏性液体中线性声波的传播特性,主要调查声波的衰减系数和相位速度随各种因素的变化规律.在研究中充分考虑到液体的黏性对气泡的振动方程和声波的波动方程的影响.研究发现声波的共振吸收是由气泡的共振引起的,但是要受到气泡间相互作用的影响.这种相互作用不仅导致声波的共振吸收频率和气泡的共振频率之间的差异,还引起共振吸收频率半宽度的增大.在低频非共振吸收区,主要调查了黏性和气体的体积分数对声波传播的影响.此外我们把黏性对声波的影响方式分成两类,即通过气泡的振动方程和通过声波的波动方程.我们分析了两类方式所起的作用,并大致给出某些近似理论成立的条件.