基于热—离散偶极子近似的面分布粒子系间的近场辐射换热

发布时间：2020-09-08 14:10

　　微纳尺度传热因为其独特的换热特性而越来越被重视,近年来微纳尺度辐射的理论发展和计算成为了热点问题。多体辐射换热理论提出以来,多体耦合近场辐射得到了迅速的发展。本文通过使用离散偶极子近似结合多体辐射换热理论,对颗粒系的近场辐射进行了分析计算,研究内容为两个二维面分布颗粒系间的辐射换热与双镜面受限空间内准三维排布的颗粒系间的辐射传递因子。对两个二维二维面分布颗粒系,采取一个偶极子代表一个颗粒,前提为颗粒对心距大于四倍半径,选取SiO_2与SiC两种材料,颗粒半径0.02μm,研究了颗粒规则排布于两个面上、随机排布于两个面上、规则排布于三个面上这三种结构下,面内颗粒密度与面间隙对辐射换热量的影响。发现规则排布情况辐射换热量随面内颗粒密度降低先衰减后不变,随两面间隙增加大致呈幂次下降;随机排布结构中面间辐射换热量随面内颗粒密度降低会持续下降;三层结构颗粒系在面间隙小时,中间层会起到明显的加强辐射换热的作用。双镜面内颗粒与颗粒系的研究选取SiO_2立方体颗粒,颗粒边长0.2μm,计算频率为2.1×10~(14)rad/s,计算其这一频率下的辐射传递因子在规则排布粒子系与两体三体结构下的变化情况。发现与自由空间相比在双镜面受限空间内的两个颗粒,其传递因子随间距增加而下降的趋势会逐渐平缓。单镜面结构与非镜面的自由空间结构下两颗粒间传递因子变化的规律相似。双镜面三颗粒系统下,两颗粒间传递因子受第三个颗粒的影响因其位置不同而不同,当其位于两颗粒中心附近时,传递因子的增加较明显。颗粒旋转在两个颗粒对心距两倍边长时,会影响其间的传递因子,而达到四倍边长时,基本无影响。颗粒系中不同位置的颗粒间的传递因子受颗粒密度的影响大致可以分为三个区域,与颗粒直接耦合和镜面长程作用相关。当考虑粒子大小变化时,其对辐射传递因子变化规律的影响可归因于颗粒密度的变化。增加一方向上的颗粒间隙,与其垂直方向上颗粒间的传递因子会有增加的趋势,而在不改变颗粒系密度的情况下对颗粒位错,沿位错方向上颗粒间的传递因子变化则不大。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK124
【部分图文】：

介电函数,Lorentz模,模型描述,自由电子

图 2-1 SiC 的 Lorentz 模型计算所得介电函数：这一模型描述了金属中自由电子产生震荡对需将式(2-28)中等式左侧的第三项去掉[43]，同 jp22( )=1，0 peeNem22 。因电子质量小，大多数区。辐射与格林函数常见的介质位于时谐场中的响应模型，偶极子格林函数是对一个空间源的空间影响进行具体辐射(2-23)可以解电流源与电荷源的真空空间激发

介电函数,频率变化

每个面的代表颗粒数亦不能太少，因此只能对分布颗粒系进行求解，因为当相邻球形颗粒满可以视作偶极子，此时即相当于每个颗粒离散维面分布颗粒系进行计算，但是这种方式因限章采取这种方法对两个二维面分布颗粒系间的证等人开发的 T-DDA 程序[49]，对建立的模型进基础上进行拓展与计算。与文献[27]进行对比 palik 手册[44]获得，其介电函数随频率关系图SiO2材料有两个吸收峰值，其对应介电函数实可产生表面声子共振的 Reststrahlen 带，位于峰算结构与参数选取如图 3-2 所示。从图 3-2 中据对比基本一致，说明程序正确。

颗粒,光谱辐射,正方体,换热系数

论文[27]中的结果，两个 SiO2正方体颗粒，间隙 300K，计算二者的光谱辐射换热系数，本文计算每个个偶极子进行代替布的二维面分布颗粒系粒在颗粒阵列中是很有代表性的一种，结构要参数会对结果产生影响，即每个二维面分边缘处颗粒在面内有四个最邻近颗粒位于四维面分布颗粒系的两个颗粒中心平面的距离与数密度。模拟条件上，认为环境真空，选取计算上，将 T-DDA 的程序中颗粒偶极子数算频段为ω=0.4—3×1014rad/s，因为这一频围的主要能量吸收峰与吸收带。选取颗粒半径个颗粒，整体排布成规则方形，d 与 ds 设置上交叉参数分析。结果上，使用 300K 下的光G 代表了两个面在 300K 附近，辐射换热功率

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