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基于Mie理论和K-K色散关系的颗粒材料辐射参数确定

作　者: 王兴凯
导　师: 常海萍
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程热物理
关键词: 复折射率电悬浮反演方法 K-K色散关系 Mie理论
分类号: O436.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

颗粒复折射率光谱在颗粒材料辐射特性研究中是一个非常关键的参数,它也是辐射参数研究中的难点之一。从现有的文献来看,颗粒材料的复折射率反演方法与块状或薄膜材料有很大的区别。目前采用最多的就是通过实验的方法得到材料的透射率光谱,再用合适的反演模型来拟合该光谱,当反演的计算值与实验值高度吻合时,就能得到复折射率光谱。本文利用电悬浮原理,将颗粒悬浮于空气介质中来测量颗粒的透射率光谱。经过理论与实验的分析,都证明了外加直流静电场对颗粒辐射测量没有影响。改变实验装置中上极板间隙以及喷粉次数,可以达到调节颗粒层厚度与颗粒浓度的目的。实验结果显示,颗粒层厚度的增加会明显增强消光作用,而受制于颗粒的荷电能力,增加喷射次数无法增多悬浮室中受电场力影响的颗粒数量,消光作用仅有微弱的提高。在理论上,本文采用了基于Mie理论与Kramers-Kronig色散关系相结合的反演程序,将实验中得到的透射率光谱与用Malvern粒度仪测量并拟合的粒径对数正态分布函数作为输入值,以L p、n (∞)和F系数为自变量对实验光谱进行拟合,反演得到复折射率光谱。经过计算发现:(1)当限定了自变量参数的搜索范围后,反演的结果没有出现多解的问题。(2)粒径分布函数中的颗粒几何平均直径rg和几何平均标准差σg在一定范围内变化时, rg和σg对反演出的复折射率虚部光谱没有非常明显的影响,但复折射率实部光谱曲线均随着两个参数的增大而抬高。通过对同一颗粒样品、在三种不同实验条件下测得的透射率光谱进行反演,得到了三组相似的复折射率光谱曲线,这证明该反演方法具有相当的可靠性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-21
  1.1 研究背景与意义  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-19
  1.3 本文研究内容  19-21
第二章复折射率的相关理论与研究方法  21-33
  2.1 复折射率的相关理论与基本概念  21-27
    2.1.1 介质的折射率  21
    2.1.2 介质复折射率及其意义  21-23
    2.1.3 光的色散  23
    2.1.4 色散关系  23-27
  2.2 颗粒材料复折射率的研究方法  27-32
    2.2.1 常用的测量颗粒材料透过率实验方法  27-30
    2.2.2 基于Mie 理论的复折射率反演方法  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章颗粒复折射率的实验研究  33-57
  3.1 实验设备的建立  33-47
    3.1.1 电悬浮设备的设计  33-41
    3.1.2 电悬浮设备的调试  41-47
  3.2 外加电磁场对红外探测的影响  47-52
    3.2.1 外加电磁场对红外探测影响的理论分析  47-48
    3.2.2 直流静电场对红外探测影响的实验研究  48-52
  3.3 实验结果  52-56
    3.3.1 悬浮室对红外探测的影响  52-53
    3.3.2 颗粒层厚度和浓度对红外探测的影响规律  53-55
    3.3.3 颗粒的透过率光谱  55-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章颗粒复折射率的反演  57-82
  4.1 反演程序设计  57-60
    4.1.1 颗粒粒径分布函数的确定  57-58
    4.1.2 反演程序中变量参数的确定  58-59
    4.1.3 最小化方法  59-60
  4.2 反演程序的调试  60-76
    4.2.1 K-K 关系式的简化  61-65
    4.2.2 Mie 理论  65-68
    4.2.3 反演中自变量参数约束范围的确定  68-72
    4.2.4 不同初始值对反演结果的影响  72
    4.2.5 粒径分布函数对反演结果的影响  72-76
  4.3 反演结果与分析  76-81
    4.3.1 基于窗片法的反演结果  76-77
    4.3.2 基于电悬浮方法的反演结果  77-79
    4.3.3 基于压片法的反演结果  79-80
    4.3.4 各种结果的比较及分析  80-81
  4.4 本章小结  81-82
第五章总结与展望  82-84
  5.1 本文结论  82-83
  5.2 未来工作展望  83-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
在学期间的研究成果及发表的学术论文  89

基于Mie理论和K-K色散关系的颗粒材料辐射参数确定

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