【太阳能光热和纳米颗粒电磁散射基本理论综述2500字】

1 1 21.1太阳能光谱分析效长图2-1图2-1所示为大气上边界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算的6000K光谱能量分布曲线非常相似。因此，我们可以把太阳辐射计算为黑体辐射。太阳是一个发光的气体球，表面温度约为6000K,内部温度很高。根据维恩位移定律，太阳辐射峰值的最大波长为0.475μm,波长位于可见光的青光部分。太阳辐射主要是可见光的一部分(波长：0.4~0.76μm)其波长大于红外辐射(波长>0.76μm)和小于紫外辐射(波长<0.4μm)少。总辐射能量的99%以上在0.154μm之间，它是太阳辐射中最重要的部分。可见光区域的总能量约为50%,红外区域约为43%,紫外线区域约为太阳辐射能量的7%。在大气衰减的影响下，大部分可见光辐射在这些波段到达1.2纳米颗粒电磁散射基本理论本文采用的计算方法流程如图2-2所示。首先，利用Mie理论计算单个球形金属纳米粒子的辐射特性参数(吸收因子Qabs、散射因子Qsca、衰减因子Qext)。在获得单个粒子的相关参数后，利用独立散射理论计算出纳米粒子的粒子系特性。最后，利用布格尔定律和蒙特卡洛法，将纳米流体的光学性质引入到辐射传输方程中，通过比较得到纳米流体的反射率、透过率和吸收率的相关结果13。脊求解辐射传输方程图2-2研究纳米结构光谱特性的理论方法。小尺寸效应和表面效应，在光学、电学、催化、磁学等方面具有许多独特的性质。这对研究人员很有吸引力。纳米粒子的光学性质快速，非常适用于球形纳米颗粒。然而，Mie理论已不适用于复杂形状的纳米粒子的辐射特性一般用衰减、吸收和散射截面，以及衰减示。光谱衰减、吸收和散射截面由以下公式定义式中N—一粒子的数密度(单位体积内粒子的数目),m-3[14]。Ca、Ca单位m²。从式(2-1)可看出，散射截面是单位体积中单个颗粒的散射系数；吸收和衰减类同。对于粒子大小不均匀的粒子系，有式中D—粒径，单位为m或μm;由式(2-2)可知，各截面及因子的关系为微粒的辐射性质与大块的固(液)体的表面辐射不同，除了上面提到的散射作用外，粒子辐射特性与其几何大小(粒径D)及投射辐射的波长λ有关，用尺度参数面积较大。微粒表观光学常数(常用复折射率表示)不是材料本身的物理参数，需要吸收光的过程是使用太阳能最重要的步骤之一，这就是为什么国内外研究人员对改变太阳能辐射特性的问题进行了广泛研究的原因。纳米颗粒的小尺寸的影响、比表面积大的影响、原子排列的不规则性和界面处键的构型的影响均已显著改变了纳米流体的辐射吸收性能7。纳米粒子具有小尺寸效应，并且被纳米粒子选择性地掺杂的流体(纳米流体)对不同的太阳辐射带具有很强的选择性吸收能力，且在增强传热方面也具有相当大的优Mie散射公式是麦克斯韦方程的远场解，是在非偏振平面电磁波投射均匀球形粒子时获得。远场是在电磁场中与要比较的粒子的距离，粒子之间的距离通常远大于粒子的大小，远场解决方案是对麦克斯韦方程组精确解的简化。对于球形颗粒，通过以下公式计算衰减因子Qe,散射因子Qs,散射反照率和散射相函数14]式中@p—一单个粒子的散射反照率；m——粒子光学常数(复折射率),m=n-ik,n为折射指数(单折射率),k为吸收指数；Re——表复数实部；G—一球形粒子的几何投影面积，G=πD²/4,单位为m²或μm²Φp—一单个粒子的散射相函数；⊙—一散射方向与入射方向间的夹角，简称散射角；an,bn——Mie散射系数；S1,S₂—一复数幅值函数(即散射函数);各参数计算式分别如下上式符号上带一撇表示对自变量求导Hankel函数Hn相关，即满足递推关系，有复数幅值函数计算式为式中—一代表散射角；Tn、tn是散射角函数；式中Pn——表示了勒让德多项式。散射非对称因子的概念可以简单直观地表示散射能量分布的方向性。该因子定义为散射角的平均余弦，表示单个粒子前后半球散射份额的相对比值当入射辐射是偏振的，粒子是对称的(如球形粒子),粒子的散射是周向对称的，即相函数与周向角无关。除非另有规定，本章中的散射相函数与周向角无关。此时表2-1G的取值范围[-1,1]G趋近于1G趋近于-1前后对称散射前半球散射占优前半球散射比例不断增加后半球散射比例不断增加也可以将散射的方向特性用前半球散射份额F或后半球散射份额B表示，即表2-2前后对称散射前半球散射占优辐射传输方程本质上是光束在空间体积微单元中沿给定传对于掺杂的固体和液体介质，如纳米液体，主要考虑能量传递过程中吸收、扩散和发射产生的能量输入和输出8。MC法用于解决纳米流体中的辐射转移。当光束在介质中传输时，其自由路径计、为0-1之间的随机数。当光束传输时，通过生成0-1之间的随机数，与反照率w比较确定光