一维平板中辐射特性参数及光学常数反演研究

摘要

辐射换热是自然界中最基本的三种传热方式之一，在生活和不同的工程技术领域中，如国防、太阳能、节能建筑等方面都有着广泛应用。辐射特性参数是评价材料光学性能的重要指标。在以往的传热分析中，为了便于计算通常将实际物体表面的假设为漫反射表面或镜反射表面，而双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF）可以更加准确的描述实际物体表面的辐射特性，并使介质材料的辐射传热分析更加准确。本文的主要工作如下：
　　在可见光及近红外波段，由于材料表面粗糙度和入射波长与晶体内部晶粒粒径相当，表面粗糙度的影响不可忽略。因此，本文考虑了实际物体表面BRDF的影响，将BRDF耦合到材料辐射特性反演的过程中。利用光谱半球反射率、半球透射率、法向反射率和法向透射率等检测信息反演一维平板内介质辐射特性参数。文章采用DRESOR(Distributions of Ratios of Energy Scattered or Reflected)法计算了一维平板内的辐射传递正问题，并用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)反演了介质和表面的辐射特性参数，进而将该方法分别应用于吸收散射介质、强散射介质和强吸收介质三种情况下辐射特性参数的反演。研究表明，反演结果与给定初值相吻合，因此，该方法可用于反演一维平板内介质和表面辐射特性参数。
　　在中远红外波段，与入射光的波长相比，材料表面的粗糙度的影响可以忽略。因此，可以利用测量得到材料的光谱半球反射率反演得到材料的光学常数。本文分别采用Lorentz振子和Kramers-Kronig关系计算了多晶Al2O3材料的光学常数，验证了计算方法的有效性。进而利用该方法反演了不同晶体结构的Al2O3和SiC的光学常数，研究发现在中远红外波段，由于同质异晶体晶体结构差异很大，其光学性能的差异也很大。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

2 耦合BRDF表面的一维平板介质内辐射传递的DRESOR法求解

2.1 BRDF模型的介绍

2.2 BRDF壁面与镜反射表面、漫反射表面反射特性的对比

2.3 DRESOR法求耦合BRDF表面的一维平板介质的辐射传递

2.4 不同辐射特性参数对辐射传递影响的分析

2.5 本章小结

3 耦合BRDF表面的一维平行平板的辐射特性参数的反演

3.1 反问题的建立及灵敏度分析

3.2 吸收散射介质

3.3 强吸收介质

3.4 强散射介质

3.5 本章小结

4 一维平板光学常数的反演

4.1 在红外波段区域材料光学常数的反演方法

4.2 K-K关系与lorentz振子反演方法的对比

4.3 不同晶型材料光学常数的反演计算及分析

4.4 本章小结

5 全文总结及建议

5.1 全文总结

5.2 后续工作建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果