對人類生存與社會發(fā)展來說,能源是必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。伴隨著社會的發(fā)展和人們對于生活舒適性的不斷追求,人類在能源方面的消耗量也越來越大。一方面,人類目前使用的絕大多數(shù)的能源,如煤、石油、天然氣以及其他各種礦產(chǎn)資源屬于不可再生的能源;另一方面,這些化石能源的大量燃燒會造成空氣污染、溫室效應(yīng)等生態(tài)危害。目前,建筑耗能已占社會總耗能的40%以上,而在建筑耗能中最重要的一項就是空調(diào)、冰箱等制冷設(shè)備的消耗。輻射制冷在節(jié)約能源方面具有重要的作用,它被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有吸引力的概念之一。輻射制冷機制廣泛地存在于自然界中,然而,對于普通的材料來說,輻射制冷十分低效。為了提高輻射冷技術(shù)的效率、降低輻射制冷的應(yīng)用成本,本文提出了多種具有良好輻射制冷效果的微納米粒子聚合物薄膜。本文通過米氏散射(Mie理論)計算出粒子的輻射特性,然后利用蒙特卡洛方法(Monte Carlo Method,MCM)來求解微納米粒子聚合物薄膜中的光路傳輸問題,在此基礎(chǔ)之上,形成了一套微納米粒子聚合物薄膜輻射特性的計算方法。本文分別對置于非吸收性介質(zhì)與吸收性介質(zhì)中的微納米粒子的輻射特性進行了探討,計算了非吸收性粒子系與吸收性粒子系的光譜輻射特性,并且分析了相應(yīng)的輻射制冷功率。本文基于傳統(tǒng)的Mie理論與MCM,研究了Al2O3、SiO2、TiO2微納米粒子置于非吸收性介質(zhì)中的光譜輻射特性以及相對應(yīng)的輻射制冷的計算。本文通過模擬0.2~26μm波段的光譜輻射特性,探討了微納米粒子的粒徑d、體積分?jǐn)?shù)fv以及微納米粒子聚合物薄膜的厚度h對制冷效果的影響,并對這些參數(shù)進行了優(yōu)化。經(jīng)優(yōu)化,得到最具輻射制冷效果的結(jié)構(gòu)是:SiO2+Al2O3微納米粒子聚合物薄膜,該結(jié)構(gòu)在0.2~4μm波段的平均反射率能達到0.75以上,在8~13μm波段的平均發(fā)射率能達到0.95以上,當(dāng)該結(jié)構(gòu)表面溫度為300K時,白天的凈功率能達到200.49W/m2,夜晚的凈功率能達到204.13W/m2。本文基于廣義的Mie理論與MCM,研究了介質(zhì)的吸收性能對于粒子的輻射特性、吸收性粒子系光譜輻射特性以及輻射制冷的影響。廣義Mie理論在一定的吸收指數(shù)與尺度參數(shù)范圍內(nèi)能夠正確計算出吸收性介質(zhì)中粒子的輻射特性參數(shù)。當(dāng)介質(zhì)的吸收指數(shù)較小時,傳統(tǒng)Mie理論與廣義Mie理論計算出來的吸收系數(shù)、散射系數(shù)并沒有太大的差別;隨著吸收指數(shù)的增大,吸收系數(shù)、散射系數(shù)以及散射相函數(shù)將會出現(xiàn)明顯的差別。然而,當(dāng)本文所研究的介質(zhì)的吸收指數(shù)過大(1m￠≥0.05)或者過小(1m￠≤0.001)時,傳統(tǒng)Mie理論與廣義Mie理論計算出來的輻射特性參數(shù)對于MCM求解輻射傳遞方程均無太大的影響;只有當(dāng)1m￠在0.005~0.01范圍時,利用MCM求解得到的光譜輻射特性才會出現(xiàn)較為明顯的差別。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;TB66
【部分圖文】：

的光路傳輸問題，即利用 MCM 來求解輻射傳輸問題。最后，本章 2.4 小了各部分輻射功率以及輻射制冷量的計算方法。理論模型以及大氣傳輸特性理論模型課題的主要內(nèi)容是微納米粒子聚合物薄膜的輻射制冷研究。輻射制冷在源方面具有重要的作用，它被認(rèn)為是 21 世紀(jì)最具有吸引力的概念之一。外輻射制冷研究現(xiàn)狀的分析中可知，生產(chǎn)成本高、輻射制冷效率低下、規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用等問題的存在，限制了輻射制冷的發(fā)展空間。本文從這些發(fā)，研究了由聚合物和微納米粒子復(fù)合而成的薄膜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)原理圖如1 所示。從圖 2-1 中可以看出，該結(jié)構(gòu)與外界進行的能量交換可以分為四：反射太陽光的能量、向外界輻射的能量、大氣投射輻射的能量以及對熱耦合而成的非輻射能量。前三部分能量與模型結(jié)構(gòu)的選擇性輻射特性關(guān)。Incoming

蒙特卡洛法模擬流程圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文射率 n、粒子系的吸收系數(shù) mua、粒子系的散射系數(shù) mus、散射相納米粒子聚合物薄膜的厚度 h；輸出的參數(shù)主要是薄膜的反射率、射率。其中，傳統(tǒng) Mie 理論計算程序是參考 Christian Maetzler 在的 Matlab 程序[66]。Reflection
【參考文獻】

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本文編號：2858619