颗粒在不同基体介质环境下的辐射换热计算(2)
就是单个粒子辐射问题的解。研究的粒子形状多种多样，我们可以从这些解中获得进
一步求粒子的辐射、吸收和散射特性的基本参数。Lorenz-Mie 理论是目前使用最广泛
的对均匀球形粒子辐射特性的求解方法。虽然实际的粒子不一定是球形或均质，但是
粒子所处方位具有随机性，所以实际粒子的某些特性还是与球形粒子相似。因此，将
粒子假设为球形是可行的。一些文献研究[4]
了非球形粒子对其辐射特性的影响，但由
于实际粒子形状的复杂性，一般在应用中，常常假设粒子为球形。
相较于其他物质的辐射，粒子辐射的行为是特殊的，因为粒子会改变辐射能量的
传递方向，而且这其中的规律非常得复杂。在关于热辐射的研究当中，粒子的散射占
了总体散射的大部分。光学参数主要包括吸收系数、散射系数和各向异性因子，吸收
系数与散射系数还可以间接地描述物质的其他性质和性能。因此，研究吸收系数、散
射系数等光学参数在生物医学诊断领域、大气环境监测、水体监测及视频安全检测等
方面也具有很大的意义。[13]
近年来，激光技术生物医学领域的应用得到了越来越多的重视。在实际研究让光
与组织相互作用，再测量组织的光学参数，通过对组织光学参数的分析，可以了解到
生物组织的其他性能。可见，在生物医学中应用激光技术可以很快地为患者提供诊断
及治疗。通过研究生物组织光学性质可以得出生物组织的功能变化，而生物组织光学
性质的变化可以有光学参数很好地反映，因此生物学领域的诊断及治疗可以利用各种
光子学技术来完成。
此外，在监测大气环境的过程中，测量不同大气环境中气溶胶、雨雾等颗粒的光
学特性参数是非常重要的一环。在大气中，气溶胶粒子的含量虽然不高，但却影响着
整个地气系统。均匀散布在大气中的固体和液体微粒形成的较为稳定的悬浮体系就是
气溶胶。大气中的气溶胶粒子除了通过散射和吸收太阳辐射来直接影响地气系统的辐
射平衡外，还可以作为云的凝结核来影响云的数量，寿命和光学性质。全球的气候都
会受到这两种效应的重要影响。因此，准确了解气溶胶的光学特性显得非常得重要。
近年来，许多发达国家花费了大量的科研力量对全球各种主要类型大气气溶胶的分布
和变化情况进行了研究，从而更好地掌握人类社会的生产生活活动队的气候环境变化
的影响情况，制定发展策略，使人类社会得到可持续性发展。此外，作为大气通信方
面的翘楚，激光大气通信系统如果能够在传输过程中避免由于天气引起的大量光信号
衰减，就可以实现全天候通信，这样就能为人们的通讯和生活带来很大的方便。通过
研究激光通过大气中的灰尘、烟雾和雨滴等颗粒所对应的散射和吸收等光学参数，进
而采取相应措施减弱这些颗粒对大气光通信传输中带来的能量衰减，使大气通信的传
输效率得到有效的提高。[5]
1.2 研究现状
近年来，国内外学者对粒子的辐射特性进行了很多研究。
张杰[6]
等人利用 Mie 散射理论研究微球状颗粒的散射特性，以烟灰颗粒为例，计
算了大气气溶胶中烟灰颗粒的Mie散射光学特性，得出了 Mie 效率随尺度参数 X变化
的曲线，结合X 于颗粒直径与波长的关系，了解到大颗粒对短波具有较强的吸收，而
波长较长的电磁波更容易被尺寸较小的颗粒吸收。
众所周知，传统的Mie 散射理论适用于非吸收性介质中的颗粒辐射特性计算，对
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