基于热—离散偶极子近似的面分布粒子系间的近场辐射换热

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigxiong
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微纳尺度传热因为其独特的换热特性而越来越被重视,近年来微纳尺度辐射的理论发展和计算成为了热点问题。多体辐射换热理论提出以来,多体耦合近场辐射得到了迅速的发展。本文通过使用离散偶极子近似结合多体辐射换热理论,对颗粒系的近场辐射进行了分析计算,研究内容为两个二维面分布颗粒系间的辐射换热与双镜面受限空间内准三维排布的颗粒系间的辐射传递因子。对两个二维二维面分布颗粒系,采取一个偶极子代表一个颗粒,前提为颗粒对心距大于四倍半径,选取SiO2与SiC两种材料,颗粒半径0.02μm,研究了颗粒规则排布于两个面上、随机排布于两个面上、规则排布于三个面上这三种结构下,面内颗粒密度与面间隙对辐射换热量的影响。发现规则排布情况辐射换热量随面内颗粒密度降低先衰减后不变,随两面间隙增加大致呈幂次下降;随机排布结构中面间辐射换热量随面内颗粒密度降低会持续下降;三层结构颗粒系在面间隙小时,中间层会起到明显的加强辐射换热的作用。双镜面内颗粒与颗粒系的研究选取SiO2立方体颗粒,颗粒边长0.2μm,计算频率为2.1×1014rad/s,计算其这一频率下的辐射传递因子在规则排布粒子系与两体三体结构下的变化情况。发现与自由空间相比在双镜面受限空间内的两个颗粒,其传递因子随间距增加而下降的趋势会逐渐平缓。单镜面结构与非镜面的自由空间结构下两颗粒间传递因子变化的规律相似。双镜面三颗粒系统下,两颗粒间传递因子受第三个颗粒的影响因其位置不同而不同,当其位于两颗粒中心附近时,传递因子的增加较明显。颗粒旋转在两个颗粒对心距两倍边长时,会影响其间的传递因子,而达到四倍边长时,基本无影响。颗粒系中不同位置的颗粒间的传递因子受颗粒密度的影响大致可以分为三个区域,与颗粒直接耦合和镜面长程作用相关。当考虑粒子大小变化时,其对辐射传递因子变化规律的影响可归因于颗粒密度的变化。增加一方向上的颗粒间隙,与其垂直方向上颗粒间的传递因子会有增加的趋势,而在不改变颗粒系密度的情况下对颗粒位错,沿位错方向上颗粒间的传递因子变化则不大。
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