含壳核结构纳米颗粒流体中的消光效应和近场辐射传热

摘要

纳米流体可应用于体积太阳能集热器和基于纳米流体的光学过滤器,而热利用光谱区间与颗粒的光学与辐射特性有关.壳核结构纳米颗粒构造新颖,可通过改变颗粒半径比率和材料而改变纳米流体的光谱特性.本文采用Quasi-static近似的Rayleigh散射方法,分析计算了处于独立散射状态下含壳核结构纳米颗粒流体的消光效应,并采用基于Maxwell方程的波动电动力学方法计算了相应体积分数下纳米颗粒群间的近场辐射传热.通过对辐射换热系数和纳米流体导热系数的计算比较,得到了近场辐射作用在含壳核结构纳米颗粒流体中的影响作用.结果表明,随着壳核结构颗粒半径比增加,消光系数逐渐减小并向长波区域移动,消光系数随着体积分数增加而增加.Au、Cu、Ag的消光系数峰值逐渐向长波区域移动,Au与Ag的光谱特性相似.Al/SiC壳核纳米颗粒的消光系数峰值接近Al/Si壳核纳米颗粒的,纯Al颗粒的消光系数最小.近场辐射热转移会随温度差增加而增加,Al颗粒阵列的近场等效热转移系数略大于Al/SiC壳核纳米颗粒阵列.Al/SiC壳核结构纳米颗粒与纯Al颗粒阵列的热转移,随距离减小和体积分数增加而增加.比较辐射热传导、近场辐射等效热传导、有效热传导可见,在颗粒均匀分布假设条件下,当体积分数fv＞0.6％且距离波长比小于0.5时,颗粒阵列间近场辐射作用可忽略.