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     

烟尘簇团粒子光学截面和散射矩阵的数值计算

用离散偶极子近似方法，计算了单个烟尘簇团粒子的光学特性，得到了簇团粒子的散射截面、吸收截面及不对称因子随入射角的变化关系，为研究波在烟尘粒子中的传输特性提供了有效的计算方法；给出了不同入射角情况下烟尘簇团粒子散射矩阵元素的角分布，为研究散射体的散射特性、极化特性以及散射体结构特性提供了一种理论方法. 关键词： 烟尘簇团粒子 散射矩阵 光学截面 DDA     

空间垂直方向气溶胶消光特性的研究

在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对空间垂直方向的气溶胶消光特性进行了研究。文章利用Mie散射理论计算讨论了气溶胶的消光、散射、吸收系数随各参数的变化,并在MATLAB中对变化情况进行了仿真。结果表明,粒子半径与入射波长大小相近时气溶胶的消光最强,并且随着能见度的增大,气溶胶衰减系数减小。这些结论可以为红外辐射的大气衰减计算和分析提供依据。     

基于Mie理论的水雾粒子多光谱消光特性研究

基于Mie散射理论,建立了水雾粒子的消光模型,计算了水雾粒子的多光谱消光特性,分析了水雾的消光特性与水雾粒子粒径之间的关系。结果表明:不同波长条件下,最佳水雾消光性能所对应的水雾粒子粒径也不同;半径在0.22~0.53μm的水雾粒子对可见光的消光性能最好;半径在0.81~8.15μm的水雾粒子对中、远红外辐射的消光性能最好;对于1.06μm和10.6μm两个军用激光常见波长,水雾粒子半径应分别为0.89μm和8.15μm,才能达最佳消光效果。     

随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性

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幕凝聚粒子进行模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性.结果表明,凝聚粒子的消光特性受到原始微粒数量以及粒径的影响,粒子的凝聚将减弱烟幕的消光性能;当凝聚结构中原始微粒的数目一定时,存在使烟幕消光性能达到最大的原始微粒粒径.     

随机分布烟尘团簇粒子辐射特性研究

基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的烟尘团簇粒子结构进行了仿真模拟,利用离散偶极子近似(discrete dipole approximation, DDA)方法研究了随机分布的烟尘团簇粒子的辐射特性,分析讨论了分形维数、原始微粒粒径和数量以及复折射率对随机分布烟尘团簇粒子辐射特性的影响.研究表明,在给定分形维数的情况下,烟尘团簇粒子的辐射特性取决于原始微粒粒径、数量及复折射率;原始微粒较小的团簇粒子,当分形维数较小时,吸收截面变化不明显,但当分形维数大于2时,吸收截面骤然增大,然而,对于具有比较大的原始微粒粒径、数量及复折射率的烟尘团簇粒子,吸收截面随着分形维数的增大而单调递减;随着分形维数的增大,团簇粒子的散射截面、消光截面及单次散射反照率均单调递增;从整体上来讲,团簇粒子的辐射特性与等效球形粒子的辐射特性存在着比较大的差别,并且这种差别随着分形维数的增大而减小.该工作对研究气溶胶粒子的辐射及气候效应具有重要的科学价值. 关键词： 烟尘团簇粒子 辐射特性 离散偶极子近似方法     

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。     

不同单体形状生物粒子凝聚体消光特性的差异分析

针对生物粒子凝聚体单体形状和光学特性的复杂多变,构建了5种不同单体形状的生物粒子凝聚体空间结构,并用离散偶极子近似方法计算了生物粒子凝聚体的消光特性参数,分析了不同单体形状生物粒子凝聚体的消光特性差异。计算结果表明：非球形生物粒子凝聚体在将其单体形状等效为球形时,平均质量消光系数的相对偏差绝对值在6%以内;不同单体形状生物粒子凝聚体对光的散射能力不同是消光特性存在差异的主要表现,且通常情况下单体形状越偏离球形,相对偏差越大,因此,由不同单体形状引起的消光特性的差异不应被忽略。此项工作可应用于准确评估和优化生物粒子材料的消光性能。     

随机分布黑碳-硅酸盐混合凝聚粒子的消光特性研究

基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的混合凝聚粒子的空间结构进行了仿真模拟。利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额黑碳的内混合凝聚粒子的等效复折射率。采用离散偶极子近似方法对随机分布混合凝聚粒子在内外混合状态下的吸收、散射和消光效率因子等消光特性参量进行了数值计算,深入探讨了混合方式、容积含量、入射波长以及基本粒子粒径和数量对混合凝聚粒子消光特性的影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现,两种数值方法计算的结果非常相近。结果表明,随机分布混合凝聚粒子的散射效率因子对混合方式非常敏感,消光效率因子对混合方式较敏感,而吸收效率因子对混合方式不敏感。随着凝聚粒子尺度参数的增大,混合方式对散射和消光效率因子的影响逐渐显著。内外混合方式下,随着黑碳体积比的增大随机分布混合凝聚粒子的吸收、散射和消光效率因子均近似线性增大,并且增大的幅度随着粒子尺度参数的增大而增大。     

随机取向纳米石墨椭球粒子的红外消光特性

利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了椭球形的纳米石墨粒子的红外消光特性。计算了不同形状的椭球粒子红外消光截面随波长变化规律,并与等效球形粒子的消光性能进行了比较,分析了不同入射波长时,椭球粒子形状和粒径对消光的影响。结果表明,椭球状的纳米石墨粒子红外消光性能好于等效球粒子的消光性能,椭球粒子的最佳消光等效粒径与轴长比和入射波长有关。     

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。     

不稳定分布的碳烟消光表征方法及规律分析

碳烟的消光表征方法有很多种,但对于评价不稳定分布的碳烟体系,需要花费较大的代价。基于RDG-FA理论提出了一种相对简便易行的适用于不稳定分布碳烟的消光表征方法,即以碳烟的质量浓度权重的平均质量消光系数来评价碳烟的消光特性。根据理论推导,碳烟的消光系数为平均质量消光系数和总质量浓度之积,而平均质量消光系数表达式中的各项均可通过理论分析、计算和实验方法得到。另外,对平均质量消光系数随碳烟粒径和聚合粒子尺寸的变化规律进行了理论分析,预测随着碳烟粒径和聚合粒子尺寸减小,碳烟的平均质量消光系数先快速减小,然后进入缓变区,慢慢减小。     

Effect of aggregation on the absorption cross-section of fractal soot aggregates and its impact on LII modelling

This study concerns the effect of particle aggregation on laser heating rate of soot aggregates in laser-induced incandescence. Three aggregate absorption models were investigated: the Rayleigh-Debye-Gans approximation, the electrostatics approximation, and the numerically exact generalized multi-sphere Mie-solution method. Fractal aggregates containing 5-893 primary particles of 30 nm in diameter were generated numerically using a combined particle-cluster and cluster-cluster aggregation algorithm with specific fractal parameters typical of soot. The primary particle size parameters considered are 0.089, 0.177, and 0.354. The Rayleigh-Debye-Gans approximation neglects the effect of particle aggregation on absorption; so it underestimates the aggregate absorption cross-section area by approximately 10%, depending on the aggregate size and primary particle size parameter. The electrostatics approximation is somewhat better than the Rayleigh-Debye-Gans approximation, but cannot account for the effect of primary particle size parameter. The aggregate absorption submodel affects the calculated soot temperature in laser-induced incandescence mainly in the low laser fluence regime. At high laser fluences, the effect diminishes due to the enhanced importance of soot sublimation cooling and neglect of aggregation effect in the sublimation in the present numerical model of laser-induced incandescence.     

气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

利用Cluster-cluster aggregation (CCA)模型,模拟了由相同数目球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子.根据物质的电结构,将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,并分析了散射强度随入射光入射角度和气溶胶凝聚粒子尺寸参数变化的规律.结果显示:当散射角较小时,气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度对散射强度影响不大,当散射角增大时,散射强度则明显依赖于气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,在同一角度入射情况下,随尺寸参数的增加,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射.     

气溶胶凝聚粒子散射特性的数值计算

利用Cluster-cluster aggregation (CCA)模型,模拟了由相同数目球形原始微粒凝聚而成的四种随机取向气溶胶凝聚粒子．根据物质的电结构,将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了气溶胶凝聚粒子散射强度的角分布,并分析了散射强度随入射光入射角度和气溶胶凝聚粒子尺寸参数变化的规律．结果显示：当散射角较小时,气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度对散射强度影响不大,当散射角增大时,散射强度则明显依赖于气溶胶凝聚粒子取向和入射光的入射角度;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,在同一角度入射情况下,随尺寸参数的增加,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射．     

Effect of polyacrylamide on morphology and electromagnetic properties of chrysanthemum-like ZnO particles

Through hydrothermal process, the chrysanthemum-like ZnO particles are prepared with zinc acetate dihydrate (Zn(CH₃COO)₂\cdot 2H₂O) and sodium hydroxide (NaOH) used as main resources under the different concentrations of surfactant polyacrylamide (PAM). The microstructure, morphology and the electromagnetic properties of the as-prepared products are characterized by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), field emission environment scanning electron microscope (FEESEM) and microwave vector network analyzer, respectively. The experimental results indicate that the as-prepared products are ZnO single crystalline with hexagona wurtzite structure, that the values of slenderness ratio L_d are different in different PAM concentrations, and that the good magnetic loss property is found in the ZnO products, and the average magnetic loss tangent tanδ_u increases with PAM concentration increasing, while the dielectric loss tangent tanδ _e decreases.     

复合气溶胶粒子光学特性的数值计算

大气气溶胶是地—气系统中的重要组成部分．气溶胶的光学参量是评估大气环境、研究气溶胶辐射气候效应的重要影响因子,也是研究大气激光传输特性的重要参量．根据物质的电结构,将复合气溶胶粒子离散为一系列偶极子,结合离散偶极子近似方法,在获得每一个偶极子的电偶极矩之后,数值计算了球形、椭球形以及层状复合气溶胶粒子的消光截面、吸收截面和不对称因子等光学参量随波长变化的数值结果,并对比分析了椭球形状单一和复合气溶胶粒子光学参量的值．结果显示,入射光波长、气溶胶粒子的形状以及气溶胶粒子的成分都将影响气溶胶粒子的光学特性．研究结果可为大气光学、气溶胶气候辐射强迫效应、大气激光传输等与气溶胶粒子相关领域提供一种有效的研究方法和基础．