摘要：有效介质理论（EMT）可以快速大致计算不均匀介质的光学性质，对于颗粒介质的热辐射性质的计算，用有效介质理论计算可以有效减少运算时间。本文主要研究验证有效介质理论对含有与辐射波长相差无几的结构尺寸的颗粒介质的辐射性质计算的适用性。研究模型为含有碳颗粒聚集体的太阳能薄膜吸收器，用修正的Clausius-Mossotti方程和Maxwell Garnett混合规则计算出太阳能薄膜吸收器的光谱反射率、吸收率以及转换效率。将结果与基于更严格的物理模型与计算方法得出的解进行比较。分析了有效介质理论在颗粒介质的热辐射性质计算方面的使用领域与限制。以方便应用有效介质理论辅助热辐射性质设计与计算。

关键词  有效介质理论  颗粒介质  太阳能薄膜吸收器   热辐射性质

毕业设计说明书外文摘要

Title    Calculation and optimization of the effective  medium theory for radiation characteristics of  film solar absorber containing particles        

Abstract：The effective medium theory (EMT) can quickly and approximately calculate the optical properties of the inhomogeneous medium. For the calculation of the thermal radiation properties of the particulate media, the effective medium theory can effectively reduce the computation time.In this paper, we study the applicability of validated the effective medium theory to the calculation of the thermal radiative properties of particulate media containing structural sizes that are almost the same as those of radiation wavelengths.The absorptivity, reflectivity and conversion efficiency of the  film solar absorber were calculated by using the improved Clausius-Mossotti equation and the Maxwell Gamett process.The results are compared with the solutions based on the more rigorous physical model and the computational method.The application field and limitation of the effective medium theory in the calculation of the thermal radiation properties of the particulate media are analyzed to facilitate the application of the effective medium theory to the design and calculation of the thermal radiation properties.

Keywords  Effective medium theory   Particulate media   Film solar absorber   Thermal radiation properties

目   次

1  引言 1

2  有效介质理论基础 3

2.1  Clausius-Mossotti方程  3

2.2  Maxwell-Garnett混合规则  5

3  计算模型的优化  7

3.1  建立太阳能薄膜吸收器的模型  7

3.2  目标参数计算模型  8

4  计算结果与分析  10

5  总结  14

结论  15

致谢  16

参考文献 17

附录A  含颗粒系太阳能吸收器的辐射特性EMT计算Fortran语言程序  20

图3.1  太阳辐射，黑体辐射和理想反射率  7

图3.2  太阳能薄膜吸收器模型 8

图3.3  碳颗粒吸收比（ ）与钨的反射率  8

图4.1  CM1方程计算转换效率  10

图4.2  MG混合规则计算转换效率  10

图4.3  固定 ，EMT与FDTD计算结果比较  11

图4.4  固定 ，EMT与FDTD计算结果比较  11        

图4.5  光谱反射结果（ ， ） 12

图4.6  光谱反射结果（ ， ） 12

1  引言

   在许多能量的相关应用中都会涉及到微米/纳米级尺寸的颗粒介质的热辐射性质，而这些颗粒介质的热辐射性质往往取决于颗粒介质的光学特性，尺寸大小以及体积分数。在Brosseau[1,2]和Sacadura [3,4]等人的综述文章中，他们对关于不均匀介质的光学性质的实验和理论工作做了详细的文献综述。在颗粒介质的辐射性质的工程设计中，最大的难题是寻找颗粒介质的最佳物理参数，以实现期望的热辐射性能。搜索最佳的物理参数通常需要对不同颗粒参数和波长的情况进行大量的光学计算。此外，颗粒介质内部非理想的复杂结构进一步增加了优化计算的负荷。