非球形颗粒系统辐射传递特性分析

发布时间：2017-08-19 00:06

  本文关键词：非球形颗粒系统辐射传递特性分析

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【摘要】：非球形颗粒的辐射理论在气象、工业生产和生物等许多领域都有广泛的应用。典型颗粒系统有大气中的气溶胶颗粒和炉膛内煤粉粒子系等,在这些系统中,颗粒的形状千差万别,如果将粒子作为球体来处理,在不同情况下会带来各种误差。本文以非球形颗粒系统作为研究对象,对影响它们辐射特性的因素进行了详细地分析,主要完成了以下工作：(1)基于离散偶极子近似方法和Mie理论,计算了非吸收性介质中不同形状和不同材料颗粒的辐射特性参数,发现颗粒的吸收、散射因子在尺度参数0.1-10内存在峰值并且随着颗粒尺度参数的增大,颗粒的散射因子在入射波的衰减中所占比重越来越大,同时散射能越来越集中于前向。本文所计算的铝、银、钨和煤粉四种颗粒由于其组成材料不同,其光谱吸收散射分布存在较大差异。对于体积相同,形状不同的单质颗粒,颗粒垂直于入射光的几何截面积的增大将导致其吸收散射因子的增加,而且颗粒形状越偏离球形,其散射因子就越大。(2)将炉膛内不规则形状的颗粒简化成六种形状,分别计算了各形状颗粒的辐射特性参数。假设粒子系内各颗粒是独立散射,在体积相同的情况下,将这些不同大小和形状颗粒的辐射特性参数转化成对应粒子系的吸收、散射系数和相函数。计算结果显示,这些颗粒尺度参数在0.1-10范围内颗粒的形状明显影响粒子系的吸收散射系数,当颗粒尺度参数较小时,尤为强烈。(3)以煤粉炉膛内粒子系与四周壁面的辐射换热为研究对象,建立了炉膛内的辐射换热模型,然后用蒙特卡罗法模拟计算炉内粒子系与壁面的换热量。分析计算结果发现,粒子系体积分数相同时,颗粒的的尺度参数对辐射换热量有重要的影响：当粒子系内颗粒尺度参数小于6时,换热量随颗粒尺度参数的增大而变大,在6左右时换热量达到峰值,之后随尺度参数的进一步增大而趋于稳定。当颗粒尺度参数小于0.6时,不同形状颗粒组成的粒子系与壁面的换热量相对于球形颗粒来说有较大的差异,尤其是当颗粒存在棱角时,这种现象更为明显。
【关键词】：Mie理论 DDA 辐射特性 非球形颗粒 粒子系辐射换热
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符号表10-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 研究动态13-16
• 1.2.1 球形颗粒研究概况13-14
• 1.2.2 非球形颗粒系统的研究现状14-16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 2 微粒辐射特性研究理论方法17-27
• 2.1 Mie散射理论17-18
• 2.1.1 非吸收性介质中的Mie理论17-18
• 2.2 离散偶极子近似(DDA)理论18-25
• 2.2.1 DDA计算原理19-20
• 2.2.2 DDA计算方法验证20-25
• 2.3 本章小结25-27
• 3 非球形颗粒的辐射特性影响因素分析27-44
• 3.1 颗粒吸收因子影响因素分析27-34
• 3.1.1 材料属性的影响27-29
• 3.1.2 颗粒形状的影响29-32
• 3.1.3 颗粒所处介质的影响32
• 3.1.4 颗粒尺度参数的影响32-34
• 3.2 颗粒散射特性影响因素分析34-42
• 3.2.1 材料属性的影响34-35
• 3.2.2 颗粒形状和尺度参数的影响35-41
• 3.2.3 颗粒所处介质的影响41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 煤粉炉内颗粒辐射特性分析44-63
• 4.1 炉膛内的组成成分及各成分的特性44-46
• 4.2 颗粒各参数对炉内粒子系辐射特性的影响46-61
• 4.2.1 颗粒尺度参数47-51
• 4.2.2 颗粒形状51-56
• 4.2.3 颗粒成分56-61
• 4.3 本章小结61-63
• 5 颗粒特性对炉内辐射换热的影响63-78
• 5.1 炉内辐射传热计算理论63-66
• 5.2 蒙特卡罗法(MCM)在辐射换热中的应用简介66-68
• 5.3 炉膛内不同颗粒模型对辐射换热的影响68-77
• 5.3.1 颗粒大小对辐射换热的影响71-73
• 5.3.2 颗粒形状对辐射换热的影响73-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85

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本文编号：697516