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摘要摘要随着科技与工业的发展，尤其在人们生活中出现很多伴随传热过程的问题，涂层的研究问题越发重要。时域有限差分方法是目前已经广泛应用的数值算法之一。结合简化涂层模型，得到含颗粒涂层光谱特性。本文先介绍了含颗粒涂层的背景、发展和主要应用领域。另外本文还介绍 FDTD 的一些基本理论知识，基本覆盖了本论文需要用到的常见知识点。其次简化并建立了颗粒涂层的结构模型，通过利用时域有限差分法（FDTD）分别计算了颗粒涂层在不同条件下的反射率、吸收率，并且进行了比较。最后利用了热辐射传输方程，辐射能量方程，以及普朗克定律，通过求出含颗粒涂层吸收的辐射能量，得到几种较为优化情形的温度分析。48923
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毕业论文关键词 时域有限差分法 含颗粒涂层 辐射光谱 热辐射
Title The radiation spectrum and temperature analysisof coating materials under the irradiationAbstractWith the development of technology and industry, especially there are many problemswith the heat transfer process in human life .The research problem of coating ismore and more important. The finite difference time domain method (FDTD) is oneof the numerical algorithm has been widely used .With the coating of the simplifiedmodel, we can get the spectral properties of the coatings with particles .Thispaper first introduces the background and development of coatings with particlesand main application fields .In addition, this paper also introduces some of thebasic theoretical knowledge of FDTD, covering the common knowledge points whichneed to be used in this paper. Secondly, the structural model of particle coatingis simplified and established, and the reflectance and absorptance of the coatingare calculated by using the finite difference time domain method (FDTD). Finally,by using the heat transfer equation, the radiation energy equation, and thePlanck's law, the radiation energy absorbed by the particle coating is obtained.
Keywords FDTD, Particle coating, Radiation spectrum, thermal radiation
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2.1国外研究现状2
1.2.1国内研究现状2
1.3本文研究内容3
2时域有限差分理论4
2.1FDTD方法的基本原理4
2.1.1Maxwell方程组4
2.1.2FDTD的Yee元胞5
2.1.3FDTD基本方程5
2.2边界吸收条件6
2.3激励源的设置7
2.4电磁波的吸收、反射与透射7
2.4.1介质的吸收率8
2.4.2介质的发射率8
2.4.3介质的透射率8
2.5本章小结9
3辐照条件下含颗粒涂层材料的光谱分析10
3.1计算模型的建立10
3.1.1含颗粒涂层的几何模型10
3.1.2模型结构与参数设置10
3.2辐照条件下含颗粒涂层辐射特性影响因素分析11
3.2.1涂层颗粒粒径的影响11
3.2.2涂层颗粒浓度的影响13
3.2.3涂层颗粒材料的影响15
3.2.4涂层介质特性的影响18
3.2.5平面波光源极化角度的影响20
3.3本章小结23
4辐照条件下含颗粒涂层材料的温度分析24
4.1热辐射的理论基础24
4.1.1热辐射传输方程24
4.1.2辐射能量方程25
4.1.3普朗克定律27
4.2辐照条件下含颗粒涂层的温度分析27
4.2.1颗粒涂层模型结构的简化27
4.2.2辐照条件下含颗粒涂层的温度分析27
4.3本章小结28
结论29
致谢30
参考文献31
1 绪 论1.1 研究背景及意义近年来，随着科技与工业的发展，尤其在人们生活中出现很多伴随传热过程的问题，如建筑物或汽车等产品常常会处于太阳辐射之下,因此这类产品的涂层需要尽可能反射太阳辐射,但是过高的可见光反射会刺激眼睛,因此人们需要对涂层材料进行调控,使其在减少可见光反射的同时尽可能地反射太阳辐射中的近红外波段的能量,并且能够透过涂层基底材料所发射出的远红外辐射能。因此需要将光学传输过程与传热过程结合起来。到达地球表面的太阳能量范围是从 300-2500nm，它分为三个部分；紫外（UV）区（5％） ，可见光（VIS）区（43％） ，和近红外（NIR）区（52％）[1]。高强度的太阳辐射能通过汽车和建筑物的表面吸收的太阳能，从而提高汽车和建筑物内的温度。这种不必要的加热会增加空调和能源成本所需的能量。对于一个需要保持凉爽，但同时又暴露在太阳光的情况下，我们希望它们的表面能够最大限度地反射太阳能。在炎热的夏天，涂层将有助于保持屋顶的温度，减少所需的能耗，使得房屋和建筑物保持在舒适的温度下。