烟尘凝聚粒子结构与光学性质的研究

摘要

烟尘凝聚粒子是燃料不充分燃烧或者燃烧生成的气体状污染物和粉尘混合体组成的群聚粒子，是造成全球变暖的主要因素。开展烟尘凝聚粒子的光学特性的研究对大气中的化学、物理学、光学、环境医学等领域都具有非常重要的意义。基于以上背景，本文主要开展以下研究:
　　介绍Mie理论和DDA方法，并对几种典型的单体粒子的形状进行参数表征，计算不同形状的单体粒子随尺寸参数变化的散射特性，研究发现，单体粒子散射特性随尺寸参数的增加而增加，随折射指数的增加而减小，且板状和滴晶粒子在尺寸参数为5.5时，消光因子、散射因子出现极值。
　　基于CCA分形生长模型，对随机分布的烟尘凝聚粒子进行模拟，考虑凝聚粒子聚集状态、单元粒子的形状、及基本微粒的大小、入射波长以及粘附的大粒子化学成分等，利用DDA方法计算烟尘凝聚粒子的散射特性的变化。结果表明，不同类型单元的规则排列的凝聚粒子，平行散射强度和垂直散射强度变化不一致，而且平行散射强度在900时出现最小值，垂直散射强度没有这个现象。随机分布的烟尘凝聚粒子在不同入射波长下，前向散射强度都要比后向散射强度强，消光和吸收系数随原始粒径的增加而减小。对凝聚体中有多种粒径和单一粒径的凝聚体的散射特性对比可知，光学系数随入射波长的变化明显不同，入射波长较小的时，散射作用主要表现为前向散射。烟尘凝聚粒子表面粘附不同化学成分的大颗粒时，大粒子的粒径越大，化学成分的变化对整个凝聚粒子本身的散射特性的影响越大。
　　设计试验，利用透射率比较法，计算了在635nm和532nm两种波长下，烟尘凝聚粒子的相对消光系数为0.8543，并与模拟结果对照，结果表明，模拟结果可靠。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究工作

2 烟尘凝聚粒子的结构及光学特性研究技术概况

2．1 烟煤粒子的基本概念

2．2 光散射现象

2．3 相关微粒光散射计算方法的概述

2．3．1 基于体积的方法

2．3．2 解析法

2．3．3 基于表面的方法

2．4 基本概念

2．4．1 散射、吸收和消光截面以及它们相应的系数

2．4．2．Muller散射矩阵

2．4．3 Stokes参量

2．4．4 散射振幅矩阵

2．5 小结

3 单体粒子的形状参数及散射特性研究

3．1 单体粒子散射问题的描述

3．2 单体粒子散射计算模型

3．2．1 球形粒子计算

3．2．2 单体非球形粒子散射计算的DDA方法

3．3 单体粒子形状的参数表征

3．4 不同形状粒子的散射特性

3．5 单体粒子Mie理论与DDA计算椭球形粒子结果比较

3．6 小结

4 凝聚体的形状参数化表征及散射特性

4．1 凝聚粒子的形状参数表征

4．1．1 规则排列的凝聚粒子

4．1．2 随机排列的凝聚粒子

4．2 凝聚粒子的散射特性

4．2．1 规则排列粒子的散射特性

4．2．2 随机排列凝聚粒子散射特性计算

4．2．3 多种粒烟尘凝聚粒子凝散射特性的计算

4．2．4 烟尘凝聚粒子粘附大粒子散射特性的计算

4．3 烟尘凝聚粒子消光系数测定

4．3．1 相对消光系数

4．3．2 透过率比较法

4．3．3 实验仪器及样品

4．3．4 实验方案

4．3．5 结果及分析

4．4 小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和出版著作情况