火灾烟颗粒群多分散与单分散模型及干扰颗粒光散射特性的比较研究

摘要

烟雾是火灾早期最重要的特征之一，火灾探测领域应用最广泛的光电感烟探测技术正是基于烟颗粒的光散射原理进行火灾探测。目前，对于火灾烟颗粒的光散射计算多采用简单的球形或者椭球形模型，实际上，通过烟颗粒的SEM图像可以清晰地表明火灾烟颗粒是具有近似分形凝团结构、基本粒子数近似服从对数正态分布、空间随机取向的颗粒群。文章基于T矩阵法，取波长分别为300nm、633nm、800nm，对正庚烷烟颗粒群分形结构的多分散、单分散模型以及等体积的球形模型的光散射Muller矩阵元素进行了详细的比较分析。结果表明，当λ=300nm时，散射光能很好地反映正庚烷烟颗粒凝团的分形结构及凝团中基本颗粒的分布特性；当λ=633nm时，正庚烷烟颗粒群分形结构的多分散、单分散模型的光散射特性基本一致；当λ=800nm时，正庚烷烟颗粒群三种模型的光散射特性趋于一致。
　　光电感烟探测器通过直接探测火灾烟颗粒散射光的光强进行火灾报警，易受非火灾烟雾颗粒如水汽、粉尘等干扰而发生误报，其中粉尘是一种广泛存在的误报源。文章基于T矩阵法，取波长分别为300nm、633nm、900nm，对服从一定粒径分布的随机取向条件下的烟颗粒和粉尘颗粒的光散射特性进行了计算，并比较分析了它们的光散射Muller矩阵元素随散射角的变化特征，结果表明：烟颗粒的归一化矩阵元素F22(θ)/F11(θ)随入射光波长的增大逐渐接近于1，而粉尘颗粒F22(θ)/F11(θ)明显小于1，表现出非球形特性，从而容易判断出烟颗粒与粉尘颗粒。其它Muller矩阵元素随入射光波长及散射角的变化，可以作为以后研究的切入点，这对新型光电感烟探测器的研究，降低火灾探测的误报、漏报具有重要的指导意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状综述

1.3 研究内容与方法

第二章 微小颗粒的光散射理论

2.1 光散射概述

2.1.1 不相关散射与相关散射

2.1.2 单散射与复散射

2.2 光散射的电磁理论

2.3 Stokes向量与光散射Muller矩阵

2.4 Mie散射概论

2.4.1 Mie散射

2.4.2 Mie散射的计算

2.4.3 Mie散射近似计算

2.5 非球形颗粒光散射计算方法

2.5.1 T-matrix法

2.5.2 DDA算法

2.6 本章小结

第三章 火灾烟颗粒群光散射特性的比较研究

3.1 火灾烟颗粒群的微观形貌

3.2 烟颗粒凝团模拟生成器

3.2.1 烟颗粒凝团模型结构的递推法

3.2.2 分形前置因子与分形维数对凝团形貌的影响

3.2.3 火灾多分散烟颗粒群光散射特性的计算方法

3.3 火灾烟颗粒群光散射特性的比较研究

3.4 本章小结

第四章 火灾烟颗粒与粉尘颗粒光散射特性的比较研究

4.1 火灾烟颗粒及干扰颗粒的物理特性

4.2 常见颗粒群粒度大小分布情况

4.3 火灾烟颗粒群与干扰颗粒群光散射特性的比较研究

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 主要创新点

5.3 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文