基于K-M方法的半透明介质红外辐射特性参数的研究(2)
时间:2018-11-20 14:35 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
在包含半透明介质材料的系统中，结构热设计对于系统的稳定性与可靠性，非常重要，而热设计涉及到系统内的热传递与传输过程，此时，材料的辐射特性参数对于热设计十分必要。 上述的多种材料在多个范围波段内的热辐射是半透明的，所以当考虑到要提高设备性能，延长材料寿命，或是提高工艺制造的水平以及多领域的测量精度，对半透明介质或者材料的辐射特性的研究就自然而然的成了重要环节。 当辐射理论应用到半透明介质中时，总会涉及到能量的传输。实验研究发现，光学性质是影响能量传输的重要因素，主要的辐射特性参数包括散射系数和吸收系数。散射系数，宏观是指表面所发射的辐射与同温度的黑体所发射的辐射之比，微观指光子在无限小距离ds运动时被吸收的几率，其倒数表示光子在介质中被吸收前所走过的平均距离；吸收系数，宏观是指表面吸收的太阳辐射照度与其投射到的太阳辐射照度之比值，光子在无限小距离ds运动时，被散射的几率，其倒数表示光子在介质中被散射前所走过的平均距离。 2 理论研究进展 2.1 Mie理论 基于半透明介质的吸收、散射及折射光学特性，采用适当方法对半透明介质红外辐射特性参数进行研究。对于包含大量分子的材料的热辐射方程的理论预测，通常以Mie理论为基础。 Mie散射理论[17]是Gustav Mie以电磁理论为基础，根据麦克斯韦方程，对处于均匀介质中的各向均匀同性的单个介质球在单色平行光照射下的Maxwell方程边界条件的严格数学解。当光源与散射体相距L时，光源S点散射光强表达式如下: 式中： 为入射波长； 为散射光光强； 为入射光光强； 为散射角； 为偏振光的偏振角。作为理论计算关键的散射偏振函数， 和 表达式如下： 式中： 和 是散射角函数，只与散射角 有关； 为一阶缔合勒让得函数； 和 是散射系数，与贝塞尔函数和汉克尔函数有关，其表达式为： 式中： 是贝塞尔函数， 是第一类汉克尔函数； 和 是 和 对自变量的微商； ，为无因此直径，L是实际颗粒直径； 是入射波波长；m是散射颗粒以周围介质为参照物的折射率。 上述Mie理论的偏振函数的求和过程无穷无尽，这是因为材料中辐射波长的依赖和光子与大量分子的交互，使得辐射方程变得复杂，很难将它运用到需要精确计算的实际情况中。相比之下，光传递的K-M理论，作为一种现象学理论，总是能得出分析解，而且精确度的降低对于很多应用是无关紧要的，因此该理论得到了广泛的应用被广泛应用于研究悬浊液和涂层的辐射性质。 2.2 Kubelka- Munk理论 K-M理论的优势体现在它提供了通过反射比和透射比求得的光学参数的解析表达式，并被广泛用于获得来自被测量的反射比和透射比的半透明介质的光学性质。许多人已经得出K-M理论系数和基本辐射传递方程之间的关系式，这些公式只在发散光的运输机制下是有效的，即散射大于吸收。 通过测量悬浊液的全透射比和全反射比，采用“K-M”理论方法和辐射理论的经验关系式来测量吸收率和改变半透明介质的散射系数。当发散介质的厚度为t时，其反射比R和透射比T公式如下：这里 ， ,且K和S分别是K-M吸收系数和散射系数。K-M系数是现象的近似值，虽然不是基本辐射传热理论的吸收系数和散射系数，但通过经验公式与实际的光学参数建立了关系。K-M理论经常被用来计算弱吸收材料的吸收率,无限厚的平板的反射比为： 当把悬浊液的反射比转换为吸收系数与散射吸收的比率时,K-M函数被定义为: (责任编辑：qin) |