鱼腥藻辐射特性实验研究

微藻的辐射特性参数是进行光生物反应器内光线传输、微藻生长及生物质量预测的基础物性参数。本文实验研究了鱼腥藻的不同浓度下的吸收系数和散射系数,并给出了鱼腥藻的吸收截面和散射截面以及散射反照率辐射特性参数。研究表明:鱼腥藻的吸收系数和散射系数随浓度的增加而增大,吸收截面和散射截面与浓度无关,散射反照率在可见光谱大于0.7。吸收截面在435 nm和676 nm波长下的吸收峰对应于叶绿素a,450 nm和637 nm处的吸收峰相应于叶绿素c,485 nm波长下的吸收峰对应于类胡萝卜素。     

均匀分布纳米粒子系近场辐射热扩散特性

当粒子系中粒子平均间距接近甚至小于热辐射特征波长时,由于倏逝波贡献,其辐射换热热流可远超黑体辐射极限热流。由于存在复杂近场作用,密集粒子系内近场辐射热扩散特性尚不清晰。本文基于涨落电磁理论研究了均匀分布纳米粒子系的近场辐射热扩散特性。研究发现：通过与离散尺度多体辐射换热理论及动理学理论关于金属及电介质粒子链近场辐射换热结果对比,常规热扩散理论可更准确地用于研究粒子系近场辐射热扩散特性,SiC纳米粒子链辐射等效导热系数随温度增大而增大,且温度只影响辐射等效导热系数的大小,而对其光谱峰值频率则无影响。当粒子间距一定时,粒子系辐射等效导热系数随粒子尺寸的增大而增大,更多能量可以在大颗粒构成的粒子链上传递。紧密堆积的粒子系内近场光子隧穿作用较强,其辐射等效导热系数也大于较稀疏粒子系的辐射等效导热系数。     

复合离子交换再生剂FH-30的性能试验研究

采用自有的专利技术配制了复合离子交换再生剂FH-30,模拟工业锅炉软化水制备的工艺条件,研究了FH-30对软化水水质和运行周期的影响。动态模拟实验结果表明:在室温下,运行流速为35cm/min,再生剂用量不同时,运行周期基本不变,软水中钠离子和铵离子含量均随运行时间的增加而逐渐减少,当复合再生剂使用量为2.1g/mL树脂时,软化出水中的钠离子和铵离子摩尔比基本不变,复合再生剂可完全替代单一钠盐再生剂。通过对再生和失效后树脂层中钠离子和铵离子进行检测,验证了钠离子、铵离子在树脂层中没有出现累积现象。     

椭圆柱形光学黑洞红外辐射特性分析

本文主要采用时域有限差分(FDTD)方法计算了二维椭圆柱形光学黑洞的红外辐射特性。并且采用几何光学近似(GOA)对椭圆柱形的光学黑洞的光线入射轨迹进行分析和比较。研究结果表明,FDTD计算的光学黑洞内的能流分布结果与GOA计算的光学黑洞内的光线入射轨迹结果相吻合,椭圆柱形光学黑洞的红外辐射特性主要受折射率梯度和入射波长的影响。     

单层元胞结构金属泡沫的透射特性

本文构建了开孔泡沫铝的简化几何模型,并利用有限积分法模拟了具有单层元胞结构的金属泡沫材料在线性极化平面波垂直入射情况下的透射率。基于菲涅耳-基尔霍夫衍射理论分析了孔隙率、孔径尺寸、材料厚度和骨架结构对金属泡沫材料辐射特性的影响。当尺度参数较大时,金属泡沫材料的固相支架结构满足良导体条件,宏观电磁屏蔽效应显著,金属泡沫材料呈现"非透明"性质。随着入射电磁波波长逐渐接近于孔径尺寸,散射效应越来越显著,金属泡沫材料的"半透明"性质开始显现,不同孔隙率的金属泡沫材料的透射率以相近的规律随波长变化。随着波长的进一步减小,衍射效应对于金属泡沫材料透射特性的影响逐渐占据主导地位,采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论可以较好地描述透射能流在孔隙结构内的分布。当衍射效应占据主导地位时,对于相同孔隙率金属泡沫材料,孔径尺寸对衍射光学行为影响不大,而材料厚度、孔隙率和骨架结构会显著影响金属泡沫材料的透射率。     

多维梯度折射率介质内辐射传递的扩散近似

推导多维梯度折射率介质内稳态辐射传递的扩散近似方程.使用有限元法对扩散近似进行离散和求解,利用两个二维半透明介质的稳态辐射传递问题验证该扩散近似的精度及适用性.算例考虑介质为均匀折射率及梯度折射率两种情况.利用扩散近似分别求解辐射平衡时的边界热流、介质内温度场分布,并与辐射传递方程的求解结果进行对比分析.结果表明:介质折射率变化、散射特性、光学厚度及散射反照率均直接影响扩散近似的精度;在光学厚及强散射条件下,该扩散近似可以作为一种快速算法应用于梯度折射率介质稳态辐射传递的求解.     

石墨烯/AZO/SiC复合结构的近场辐射换热特性

由于倏逝波贡献,近场辐射换热可以远超黑体辐射定律给出的极限换热热流,对近场辐射换热的调控在近场热光伏及热管理方面有重要的应用前景。石墨烯是一种有潜力的可用于近场辐射换热调控的功能材料。本文研究了由石墨烯、铝掺杂氧化锌(aluminum-doped zinc-oxide,AZO)及SiC构成的多层复合薄膜的近场辐射换热特性。研究发现:"AZO薄膜+SiC基底"结构的频谱辐射热流在SiC的SPhP频域出现谷值,而"SiC薄膜+AZO基底"结构同时在两种表面极化激元的共振频率处出现峰值;覆盖单层石墨烯薄膜对"AZO薄膜+SiC基底"结构的近场辐射换热基本没有影响;而"石墨烯/SiC薄膜/AZO基底"结构却可以同时支持三种表面极化激元,并在调控石墨烯化学势到适当值时,可以有效增强近场换热。本研究有助于理解石墨烯对近场辐射换热的调控特性。     

稠密颗粒介质热辐射传输特性的边界效应

稠密颗粒介质在自然界和工业生产中广泛存在。在高温条件下，辐射对传热过程有十分重要的影响，并且在实际工程应用中，边界的作用不可忽略。本文采用辐射传递函数(RDF)作为表征体系内辐射换热的特性参数，它是辐射传递因子(RD)从离散尺度到连续尺度的扩展，不仅包含几何信息还包含辐射能量信息。因此它可以完全表征体系中的辐射换热，从而有助于直观地分析边界对颗粒热辐射传输特性(以RDF分布进行表征)的影响。分析了在靠近反射性边界时颗粒填充率和颗粒表面发射率对颗粒热辐射传输的影响，结果表明，边界对于由RDF表征的系统内颗粒热辐射传输有重要影响，颗粒填充率和颗粒表面发射率对该影响具有调节作用。研究结果有助于深入理解稠密颗粒介质中的热辐射传输机制。