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兵工学报 2020年第5期41卷 975-983页

作者：周梦得李佳玉南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094 电子设备热控制工业信息化部重点实验室江苏南京210094

以烟幕中颗粒团聚现象为背景,针对烟幕中的团聚体的消光性能优化问题进行了研究。基于Cluster-Cluster Aggregation理论建立了随机粒径的团聚体算法程序,用于生成具有不同颗粒半径的团聚体模型;在此模型基础上运用多球t矩阵方法计算分... 详细信息

以烟幕中颗粒团聚现象为背景,针对烟幕中的团聚体的消光性能优化问题进行了研究。基于Cluster-Cluster Aggregation理论建立了随机粒径的团聚体算法程序,用于生成具有不同颗粒半径的团聚体模型;在此模型基础上运用多球t矩阵方法计算分析了烟幕中粒径呈对数正态分布的团聚体散射特性;同时结合具体的物理模型研究分析了粒径的分散程度对团聚体消光因子、散射因子及散射能量分布的影响。结果表明:团聚体中颗粒粒径分散程度的降低会提高烟幕的消光性能;模拟的多组团聚体中,A型团聚体较B型团聚体消光因子提高了30.9%,总体散射能量降低了32.5%;团聚体中尽量避免出现偏离对数正态分布均值的极大粒径颗粒可以有效地提高烟幕团聚体的消光性能。

关键词：烟幕团聚体颗粒散射特性多球t矩阵相函数

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典型雾霾粒子及团簇的散射吸湿增长特性

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光学学报 2020年第24期40卷 178-186页

作者：毛前军王莉武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065

为探究雾霾粒子吸湿性引起的散射吸湿增长特性,基于雾霾粒子湿度增长模型,利用Mie散射理论和多球t矩阵计算方法,详细研究了硫酸、硫酸铵、沙尘、硝酸铵以及碳质气溶胶5种典型雾霾粒子及其团簇在入射波长为532 nm、相对湿度在60%~95%范... 详细信息

为探究雾霾粒子吸湿性引起的散射吸湿增长特性,基于雾霾粒子湿度增长模型,利用Mie散射理论和多球t矩阵计算方法,详细研究了硫酸、硫酸铵、沙尘、硝酸铵以及碳质气溶胶5种典型雾霾粒子及其团簇在入射波长为532 nm、相对湿度在60%~95%范围内的散射吸湿增长特性。研究结果表明:对单一雾霾粒子,硫酸、硫酸铵以及硝酸铵这类二次水溶性无机粒子及其团簇的散射吸湿增长较突出,沙尘较为平缓,而碳质气溶胶则呈现抑制作用,同时,小粒径粒子的散射吸湿增长因子呈指数增长,而大粒径粒子则呈波动、负增长趋势;对于雾霾粒子的团簇,散射吸湿增长因子曲线整体增幅减小,粒子团簇的体积分数对散射吸湿的影响明显,随着体积分数的增加,散射吸湿增长因子曲线的波动频率增大,同时振幅减小,但整体呈现的吸湿增长还是由团簇粒子的粒径范围与成分决定,其中团簇粒径范围影响较大。这为探究雾霾粒子散射吸湿增长特性和研究大气污染提供了理论支持。

关键词：散射雾霾粒子 Mie散射多球t矩阵散射吸湿增长因子

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燃煤积灰辐射特性预测新方法

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工程热物理学报 2019年第8期40卷 1718-1722页

作者：柴一占杨震段远源清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室二氧化碳资源化利用与减排技术北京市重点实验室

燃煤积灰是工业生产中常见的非均相混合物,它的辐射特性是精确描述锅炉内能量传递的关键环节。本文针对非均相混合燃煤积灰的辐射特性,考虑燃煤积灰中化学成分的实际掺混方式,提出了一种考虑化学成分分布的燃煤积灰球型颗粒团聚体辐射... 详细信息

燃煤积灰是工业生产中常见的非均相混合物,它的辐射特性是精确描述锅炉内能量传递的关键环节。本文针对非均相混合燃煤积灰的辐射特性,考虑燃煤积灰中化学成分的实际掺混方式,提出了一种考虑化学成分分布的燃煤积灰球型颗粒团聚体辐射特性的预测新方法。首先利用有限置限团聚(diffusion-limited aggregation,DLA)方法生成燃煤积灰结构,然后对于生成的燃煤积灰结构采用多球t矩阵(multi-sphere t matrix method,MStM)方法直接求解计算结构的Maxwell方程组,获得燃煤积灰结构辐射特性。预测新方法对全波段的燃煤积灰吸收效率和短波段的散射效率的预测精度显著提升。

关键词：辐射颗粒积灰多球t矩阵

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气固两相系统颗粒辐射特性研究

气固两相系统颗粒辐射特性研究

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作者：赵梦迪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

气固两相系统及其传热问题是当前研究的热点问题。气固两相流在工程中应用广泛,从大型的流化床锅炉到用于气固催化反应器的微小流化床都有应用。本文基于欧拉-拉格朗日方法下的计算流体力学——离散单元法(CFD-DEM),采用DDPM(Dense Disc... 详细信息

气固两相系统及其传热问题是当前研究的热点问题。气固两相流在工程中应用广泛,从大型的流化床锅炉到用于气固催化反应器的微小流化床都有应用。本文基于欧拉-拉格朗日方法下的计算流体力学——离散单元法(CFD-DEM),采用DDPM(Dense Discrete Phase Model)模型与DEM(Discrete Element Method)模型相结合对流化床内的颗粒分布进行数值模拟,并在其基础上对流化床颗粒系统的辐射特性进行分析。选取了不同空间区域的粒子系,运用多球t矩阵方法对粒子系的辐射特性进行分析,并与独立散射下的粒子系辐射特性进行分析对比。本文采用欧拉方法对流化床两相流中的气相进行模拟,对固相颗粒则采用DDPM-DEM模型。DDPM-DEM模型考虑了粒子与粒子、粒子与壁面、粒子与连续相的相互作用,相对于传统的离散相模型适用于更高的颗粒相体积分数。模型建立在内径为0.1mm的流化床上,分析了粒径分别为3.6μm、4.5μm、6μm,固相颗粒体积分数分别为8.91%、11.88%、14.88%和17.86%下流化床的流场特性,并对流化床内颗粒相的空间分布进行分析。结果表明,在相同的流化速度下,随着固相颗粒粒径的增大,流化床内的颗粒更难发生流化,粒径对其的影响比固相颗粒体积分数的影响更大。基于对流化床流场的数值模拟得出颗粒系的空间分布,进一步采用考虑了粒子间电磁波的相干效应的多球t矩阵方法分析粒子系的辐射特性,并与独立散射下的计算结果进行分析比较。结果发现,在相同粒径下,随着粒子系体积分数的增大,散射因子逐渐减小;运用多球t矩阵计算的粒子系的辐射特性与独立散射下的计算结果相差很大,并随着粒子系体积分数的减小,两者的差值逐渐减小,当粒子系体积分数小于8%时,粒子系散射开始从非独立散射向独立散射过渡。

关键词：气固两相流计算流体力学-离散单元法多球t矩阵非独立散射

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随机分布纳米颗粒系统辐射传递特性的跨尺度建模

随机分布纳米颗粒系统辐射传递特性的跨尺度建模

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作者：荣腾南京理工大学

学位级别：硕士

随机分布纳米颗粒系统广泛存在于自然界及工业生产中,是辐射传热领域的重要研究对象。当颗粒间热辐射相互作用不能忽略时,颗粒系辐射特性参数不能简单地由单颗粒线性叠加得到,若颗粒系尺寸达到宏观量级,直接计算其辐射特性参数时的计算... 详细信息

随机分布纳米颗粒系统广泛存在于自然界及工业生产中,是辐射传热领域的重要研究对象。当颗粒间热辐射相互作用不能忽略时,颗粒系辐射特性参数不能简单地由单颗粒线性叠加得到,若颗粒系尺寸达到宏观量级,直接计算其辐射特性参数时的计算量太大。为解决含随机分布纳米颗粒宏观介质系统内的辐射传递问题,本文将宏观介质系统划分为若干微纳尺度立方网格单元,在计算颗粒间相互作用的基础上,得到每个网格单元的等效辐射特性参数,通过编译光束在网格单元间传递的相应代码程序,实现了光束在分网格介质系统内的辐射传输,以te纳米颗粒在光热转化中的应用为背景,最终得到含非球形te纳米颗粒宏观介质系统的光谱吸收结果。具体研究内容如下:利用有限元软件建立了纳米颗粒辐射吸收散射模型,并进行了正确性验证;从不同程度上考虑宏观介质中颗粒间相互作用,建立了三种散射模型;基于Visual Studio平台编译了立方网格单元内球形纳米颗粒随机分布程序;分析了三种散射模型下网格单元内te纳米颗粒电磁响应的差异,发现在本文体积分数fv计算范围内,随着fv的增加,不同散射模型间的Qabs,Qsca,Qext差距越来越大,颗粒间相互作用会产生te纳米颗粒系的Qabs,Qsca,Qext峰红移现象,且颗粒间相互作用越充分,te纳米颗粒的近场电场变化越明显。为解决由任意形状纳米颗粒组成的纳米颗粒系统的散射相函数,从求解空间电磁能量的Poynting定理出发,推导出了散射体散射相函数的表达公式,然后利用有限元仿真软件建立了散射相函数计算模型,进行了模型正确性验证,并讨论了其适用范围;利用该模型研究了结构参数和介电环境对棒状和方形te纳米颗粒系统散射相函数的影响规律;对比分析了 Ag和SiO2纳米颗粒与te纳米颗粒的散射相函数区别,发现在入射波长为700nm时,Ag和SiO2具有更好的后向散射能力,而te的前向散射表现更加优异。在含非球形te纳米颗粒介质系统辐射传递特性的研究方面,以棒状和方形为例,通过推导旋转体上一点随旋转体进行旋转的坐标转换过程,总结了棒状和方形纳米颗粒随机分布的构建方法;计算并研究了在不同fv时三种散射模型的辐射特性参数有何差异,并分析独立散射假设的适用性;利用编译的Monte Carlo程序,研究并分析了在三种不同散射模型条件下,fv等因素对含随机分布纳米颗粒介质系统光吸收带来的影响,如对于含棒状纳米颗粒介质系统,当fv=2%时,三种散射模型在吸收散射系数峰位300nm处的光谱吸收率差异为0.236%,而当fv=5%时,差异为1.475%,并在某些波长处最大差距能够达到5%左右;较高的光谱吸收率结果证明te纳米颗粒能够成为高效光吸收材料。

关键词：辐射特性有限元法蒙特卡洛多球t矩阵非独立散射随机分布

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不同相对湿度下大气气溶胶粒子/粒子系的辐射特性

不同相对湿度下大气气溶胶粒子/粒子系的辐射特性

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作者：王莉武汉科技大学

学位级别：硕士

随着经济社会的发展,大量废气和烟尘颗粒排入大气导致严重的空气污染,当环境相对湿度增大时气溶胶会吸湿增长,对大气环境和人类健康造成诸多影响。为探究不同相对湿度下气溶胶的辐射特性,本文基于MIE散射理论和多球t矩阵方法并结合亲水... 详细信息

随着经济社会的发展,大量废气和烟尘颗粒排入大气导致严重的空气污染,当环境相对湿度增大时气溶胶会吸湿增长,对大气环境和人类健康造成诸多影响。为探究不同相对湿度下气溶胶的辐射特性,本文基于MIE散射理论和多球t矩阵方法并结合亲水性/疏水性气溶胶吸湿增长规律,建立单粒子/粒子系的散射吸湿计算模型,并采用FORtRAN语言完成数值计算代码编写且进行验证。研究结果表明:单气溶胶粒子在60～80%的低相对湿度和0.6～1.0μm的大粒径区间内散射吸湿增长缓慢,在80～95%的高相对湿度和0.02～0.6μm的小粒径区间内呈指数增长。亲水性气溶胶粒子（如硫酸、硫酸铵和硝酸铵）的散射吸湿增长变化显著,散射吸湿增长因子可高达33.43;而疏水性气溶胶粒子（如沙尘和黑炭）则有明显的抑制作用,散射吸湿增长因子可低至0.559。环境相对湿度和气溶胶粒子的成分对其辐射特性的影响随粒径和波长增大而减小。同时研究结果也表明:Log-Normal分布下的气溶胶单质粒子团簇散射吸湿增长趋势与其单粒子一致,但是增长幅度远低于单粒子。由于团簇粒子间的多次反射与遮挡效应,散射吸湿增长因子曲线会随相对湿度增大出现波动现象,而且随着团簇体积分数增大曲线波动加剧,幅度变大。黑炭和硫酸铵混合粒子团簇中均匀混合和核壳模型散射吸湿增长特性一致,说明粒子空间分布对团簇散射吸湿影响较小。但是黑炭和硫酸铵含量比对团簇散射吸湿增长特性的影响显著,且随波长增大越发明显,尤其在远红外波段,当黑炭含量为10%,散射吸湿增长因子出现最大峰值为14.269。本文研究结果可为太阳能的高效利用、大气污染治理以及大气环境的高精度监测等领域提供一定的理论支撑和借鉴。

关键词：气溶胶粒子团簇散射理论多球t矩阵吸湿增长

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