激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性

基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.     

激光在随机分布烟尘团簇粒子中的衰减特性

基于分形理论,采用团簇—团簇凝聚模型对随机分布烟尘团簇粒子的分形结构进行了模拟.利用离散偶极子近似方法研究了不同类型的随机分布烟尘团簇粒子的单次散射特性.利用蒙特卡罗方法研究了激光信号在随机分布烟尘团簇粒子中的传输衰减特性.讨论了入射角、激光波长、烟尘粒子数密度以及组成单个烟尘团簇粒子的原始微粒粒径和数目等参量对激光衰减特性的影响.研究结果对激光在复杂随机介质中的传输衰减特性分析提供了理论依据.     

随机取向烟尘团簇粒子的光学截面的数值计算

采用蒙特卡罗方法根据团簇—团簇凝聚（CCA）模型对由球形原始微粒凝聚而成的烟尘团簇粒子进行了模拟,利用离散偶极子近似（DDA）方法数值计算了不同原始微粒粒径和数目组成的随机取向的烟尘团簇粒子的总消光截面、吸收截面及散射截面等光学特性参数,研究了原始微粒粒径及数目对随机取向烟尘团簇粒子光学特性的影响。结果表明：当入射波长一定时,随机取向烟尘団簇粒子的光学特性主要取决于原始微粒的粒径和数目;烟尘团簇粒子对不同波段激光的吸收和散射存在差别,这种差别随原始微粒粒径及数目变化而变化。这一工作为研究电磁波在烟尘中的传输特性提供重要参考数据。     

掺杂对随机取向团簇粒子辐射特性的影响

利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,掺杂对随机取向团簇粒子的辐射特性产生显著的影响,并且此影响随着粒子尺度参量的变化而变化.这一工作对研究多种化学成分组成的混合气溶胶的辐射及气候效应具有重要科学价值.     

掺杂对随机取向团簇粒子辐射特性的影响

利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额杂质的团簇粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机取向团簇粒子的散射相函数、消光、吸收、散射效率因子、单次散射反照率以及不对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,深入探讨了掺杂量对随机取向团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,掺杂对随机取向团...     

分形结构对随机取向烟尘团簇粒子光散射特性的影响

利用蒙特卡罗方法对不同分形维数和分形前向因子的随机取向烟尘团簇粒子的分形结构进行了仿真,采用离散偶极子近似（DDA）方法对随机取向烟尘团簇粒子的缪勒矩阵元进行了数值计算,并与球形粒子模型进行了比较,深入探讨了烟尘团簇粒子的分形维数和分形前因子对其散射特性的影响。研究表明,等效球形粒子的光散射特性与随机取向烟尘团簇粒子的光散射特性存在很大差别,并且此差别随着团簇粒子的分形维数以及分形前向因子的增大而减小;分形维数对表征团簇粒子散射特性的缪勒矩阵元的影响在一定散射角范围内均比较明显,分形前向因子对团簇粒子的缪勒矩阵元角分布的影响与分形维数的影响类似,不过其影响相对分形维数较弱。     

掺杂对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响

文章分析了不同含量的杂质对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响.利用Bruggeman有效介质理论得到了含有不同体积份额杂质的硅酸盐粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机分布团簇粒子的缪勒矩阵进行了数值计算,给出了各个缪勒矩阵元素的散射角分布曲线,探讨了不同含量的杂质对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响.研究表明,掺杂对随机分布团簇粒子的缪勒矩阵存在着不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的变化而显著变化. 关键词： 团簇粒子 缪勒矩阵 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法     

随机分布烟尘簇团粒子缪勒矩阵的数值计算

利用蒙特卡罗方法根据团簇-团簇凝聚（CCA）模型对由球形原始粒子凝聚而成的烟尘簇团粒子进行了模拟,用离散偶极子近似（DDA）方法对随机分布的烟尘簇团粒子的缪勒矩阵元素进行了数值计算,给出了不同入射波长情况下随机分布烟尘簇团粒子的缪勒矩阵元素与组成簇团粒子的基本粒子的粒径和数目的数值关系,为进一步研究随机分布簇团粒子的形成机理、形态特性、散射特性提供了一种理论方法. 关键词： 烟尘簇团粒子 缪勒矩阵 离散偶极子近似方法     

随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响。并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较。结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大; 随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著。     

随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响。并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较。结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大; 随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著。     

Characterization of the light scattering by ensembles of randomly distributed soot aggregates

Soot particles formed in combustion processes commonly exist in the form of ensembles of randomly distributed aggregates of small, nearly spherical monomers. In this paper, these randomly distributed aggregates are numerically generated using a combination of the cluster–cluster aggregation algorithm with the Monte Carlo method. Moreover, an efficient and accurate numerical method is presented for characterizing the light scattering by these complex soot particles illuminated by plane wave and Gaussian beam. This method exploits the unique features of the hybrid finite element-boundary integral method and, more importantly, the unique features of soot aggregates. It is designed in such a manner that it first decomposes the original problem into many sub-regions, where each primary particle is regarded as a sub-region, and then it employs the edge-based finite element method to deal with each sub-region. The sub-regions communicate through the near-field Green’s function. To reduce computational burdens, an iterative domain decomposition method in combination with parallel conjugate gradient method is adopted to solve the coupling system of equations. As an illustration, we present some of our preliminary numerical results. The results are expected to provide useful insights into the optical properties of soot particles formed in combustion processes.     

烟尘中电磁波传输特性的Monte Carlo模拟

根据等效颗粒模型和分形理论,运用Mie理论和离散偶极子近似方法分别计算了烟尘簇团粒子在波长为06328?μm的电磁波入射情况下的单次散射特性.根据辐射输运理论,利用Monte Carlo方法对电磁波在烟尘中的传输特性进行数值计算,给出烟尘中反射率和透射率随入射角和烟尘厚度变化的数值结果,并分析了入射角、烟尘粒子的密度和厚度对反射率和透射率的影响.这为研究电磁波在密集分布介质中的传输特性提供了一种方法. 关键词： 烟尘粒子 离散偶极子近似 传输特性 Monte Carlo模拟     

煤烟聚集粒子的光散射特性研究(英文)

基于分形理论,用计算机模拟了由球形基本粒子构成的煤烟聚集粒子。利用离散偶极子近似方法(Discrete Dipole Approximation)研究了煤烟聚集粒子的散射特性,讨论了分形煤烟聚集粒子的散射强度随煤烟聚集粒子的分形结构、大小、相对折射率及入射波波长变化情况。     

随机取向气溶胶凝聚粒子光学特性研究

利用Cluster-cluster aggregation (CCA)模型,模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子。结合离散偶极子近似方法,分别得到了不同入射角和不同尺寸参数情况下气溶胶凝聚粒子的吸收、散射、消光效率因子和不对称因子的数值结果,并比较分析了四种形状气溶胶凝聚粒子吸收、散射、消光效率因子和不对称因子的差异。结果显示：对于相同数目原始微粒的气溶胶凝聚粒子,其光学特性明显依赖于入射光的入射角度和气溶胶凝聚粒子的形状;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,当入射光波长给定时,吸收、散射和消光效率因子最初随尺寸参数增大而快速增大,随后又随尺寸参数增大缓慢变小,但在尺寸参数变化过程中存在一个极大值;不对称因子则随尺寸参数的增大一直呈增大趋势,且随尺寸参数的增大趋近于1。     

A study of radiative properties of fractal soot aggregates using the superposition T-matrix method

We employ the numerically exact superposition T-matrix method to perform extensive computations of scattering and absorption properties of soot aggregates with varying state of compactness and size. The fractal dimension, D_f, is used to quantify the geometrical mass dispersion of the clusters. The optical properties of soot aggregates for a given fractal dimension are complex functions of the refractive index of the material m, the number of monomers N_S, and the monomer radius a. It is shown that for smaller values of a, the absorption cross section tends to be relatively constant when D_f<2 but increases rapidly when D_f>2. However, a systematic reduction in light absorption with D_f is observed for clusters with sufficiently large N_S, m, and a. The scattering cross section and single-scattering albedo increase monotonically as fractals evolve from chain-like to more densely packed morphologies, which is a strong manifestation of the increasing importance of scattering interaction among spherules. Overall, the results for soot fractals differ profoundly from those calculated for the respective volume-equivalent soot spheres as well as for the respective external mixtures of soot monomers under the assumption that there are no electromagnetic interactions between the monomers. The climate-research implications of our results are discussed.