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摘要颗粒的吸收、发射及散射在许多工程及环境系统内扮演重要角色，例如，地球的能量平衡受到云及大气中气溶胶颗粒对太阳辐射的散射的极大影响；用于绝热的半透明中空材料中的红外传输问题； 冰雪中的碳颗粒对冰雪融化的影响等等。本论文阐述了基体介质中颗粒辐射特性的基本原理，基于颗粒在吸收性介质中的 Mie 散射表达式，研究计算了不同基体介质中颗粒的辐射换热过程，分析不同基体介质对颗粒辐射换热特性的影响，比较了吸收性与非吸收性基体介质中颗粒辐射特性的异同。19293
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毕业论文关键词 颗粒 辐射特性 吸收性介质 不同介质 Mie 散射
Title The radiant heat transfer property of particles embedded in different mediums
Abstract
Absorption, emission and scattering of particles play an important role
in many engineering and environmental systems. For example, the scattering
of cloud and aerosol particles in the atmosphere significantly influences
the energy balance of earth.The carbon granule which in snow ice can affect
the melting of snow ice, and the infrared transfer in translucent hollow
material used to isolate heat etc. are included.
This paper describes the basic principle of particle radiation
characteristics in substrate medium. Based on the Mie-scattering formula
for spherical particles embedded in an absorbing medium, the research
calculates the radiation heat transfer process of particles in different
substrate medium, analyzes the effect of different substrate medium on
particle radiation characteristics, and compares the differences of
particle radiation characteristics in the absorbing medium and
non-absorbing medium.
Keywords Particle,radiation property,different medium,absorbing medium Mie-scatting
目 次
1 绪论1
1.1 课题的研究背景1
1.2 研究现状2
1.3 本文的研究内容及方法3
1.4 小结4
2 计算方法与理论 4
2.1 Mie 理论散射理论在吸收性介质中的用4
2.2 吸收性介质中粒子辐射特性的描述5
2.3 小结6
3 大气中气溶胶颗粒辐射特性6
3.1 大气气溶胶简介6
3.2 大气气溶胶颗粒辐射特计算7
3.3 小结10
4 多孔材料中颗粒的辐射特性10
4.1 多孔材料简介10
4.2 不同多孔材料中孔隙的辐射特性计算11
4.3 小结14
5 氧气中褐煤颗粒的辐射特性14
5.1 氧气的复折射率14
5.2 氧气中褐煤颗粒的辐射特性计算16
6 冰中碳颗粒的辐射特性17
6.1 雪冰中黑炭简介17
6.2 冰中碳颗粒的辐射特性计算18
6.3 冰中空气辐射特性计算20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1．1 课题的研究背景
粒子状态这种物质形式普遍存在于在自然界及工业生产中。根据统计资料显示，
百分之五十以上的工业产品以粒子状态存在。[1]
许多工程及环境系统的运作都与粒子
的吸收、发射及散射息息相关。煤、炭黑和焦炭等粒子在炉膛火焰内的辐射传热；云
及大气中的气溶胶粒子对地球能量及地区气候的影响；其他如红外隐身绝热材料等都
离不开对粒子辐射的研究。起初，在气象学中，粒子辐射的研究得到了深入的发展，
1871 年，针对小粒径电介质球，Lord Rayleigh
[2]
提出了 Rayleigh 散射理论，从而分
析了太阳光在大气分子上产生的散射现象，进而说明了天空看上去呈现蓝色的原因。
1908 年，通过解Maxwell 方程，Gustav Mie
[3]
得出了 Mie 散射理论，即各向同性均匀
球的散射解，这个结论使人们对粒子辐射的研究达到了一个新的高度。
一束平面电磁波投射到一给定形状、尺寸及光学常数粒子的 Maxwell 方程的解也