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球形聚集粒子辐射特性的研究

吕英明  
【摘要】: 粒子广泛存在于自然界中以及工程应用和科学研究各个领域中。而在我们的实际应用当中,通常遇到的又不是单个粒子,而是粒子群。而粒子在大量的无规则的运动中由于分子间的相互作用而常常呈现为聚集状态。如烟雾,煤灰,粉尘,含粒子涂层等。聚集粒子中的每个粒子通常是随机取向的,这样就可以将群体中每个形状不规则的粒子都简化为球形粒子。因此,有必要研究球形聚集粒子的辐射特性,从而为研究实际粒子系的辐射传输特性,提供更为准确的粒子辐射特性参数。 本文对聚集粒子的辐射特性作了较为详尽的概述。讨论了计算聚集粒子辐射特性的方法,并列出了详尽的球形聚集粒子辐射特性的计算公式。采用GMM数值程序计算了:(1)同一尺度参数、不同半径的球组成的聚集粒子在粒子间距变化时聚集粒子的衰减、散射因子。分析计算结果表明,同一尺度参数的聚集粒子,在粒子间距之比和粒子半径的比值相同时,其辐射特性值近似相等。(2)不同尺度参数下半径为0.10μm的粒子间距不断变化的聚集粒子,并将其与独立散射的情况进行比较。经过分析,我们发现聚集粒子在上述两种不同情况下的衰减因子和散射因子具有一定的差异,但随着粒子间距的增大,这种差异趋于逐渐变小的。(3)在对由同一尺度参数、不同数目的粒子组成聚集粒子的辐射特性的研究中,我们发现组成聚集粒子的组份球越多,聚集粒子的辐射特性参数与独立散射的辐射特性参数的差异越大。 最后,在获得的聚集粒子辐射特性参数的基础上,进一步计算了粒子系辐射传输特性,并将结果与等效球的结果进行了对比,经过分析我们发现考虑相互作用的聚集粒子组成的粒子系与等效球粒子系的温度场之间有明显的差异,相对偏差的最大值已经接近20%。由此,在计算聚集粒子组成的粒子系的温度场时不能忽略粒子间的相互作用。


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