|
Параметрический анализ математических моделей теплового излучения дисперсных сред Вятский государственный технический университет Научный руководитель: Кузьмин Владимир Алексеевич, доктор технических наук В работе тепловое излучение дисперсных сред (для случая гетерогенных продуктов сгорания), рассматривается на уровне радиационных характеристик единичных частиц (сечений поглощения, ослабления, рассеяния; коэффициентов (факторов) эффективности рассеяния Fрасс, поглощения Fпогл и ослабления Fосл = Fрасс + Fпогл) и индикатрис рассеяния излучения. Численно исследуются их зависимости от комплексного показателя преломления (КПП) m, дисперсности частиц, длины волны падающего излучения l .Расчеты выполнены на основании формул Ми методом сферических гармоник в Р 3-приближении для моно- и полидисперсных систем частиц. Функция распределения частиц по размерам для частиц сажи представлялась нормальным распределением, для частиц оксида (окиси) алюминия Al2O3 - двухпараметрическим гамма-распределением . Рассматриваемый спектральный диапазон - 0.5:6.5 мкм.
В ходе проведенных расчетных исследований установлено: 1. Коэффициенты эффективности 1.1 Сажа. Коэффициенты эффективности ослабления и рассеяния для частиц сажи в функции от параметра дифракции r имеют монотонно возрастающий характер. Спектральный коэффициент ослабления определяется в основном эффектами поглощения, эффекты рассеяния незначительны. 1.2 Окись алюминия. Для монодисперсной системы частиц окиси алюминия Al2O3 зависимости Fосл(r
), Fрасс(r
) и Fпогл(r
) имеют ярко выраженные осцилляции с многочисленными экстремумами; размах осцилляций уменьшается по мере роста величины r
. Так, при С уменьшением значения показателя поглощения n2 размах осцилляций увеличивается. С увеличением показателя преломления n1 графики сжимаются по оси абсцисс, первый дифракционный максимум смещается в сторону меньших значений r , коэффициенты Fпогл и Fрасс увеличиваются. Для полидисперсной системы частиц по сравнению с монодисперсной осцилляции существенно сглаживаются.Для полидисперсных систем частиц окиси алюминия сечение поглощения s погл имеет сильную зависимость от КПП и может как убывать, так и возрастать с ростом длин волн l . Так, при l = 1 мкм и m = 1.5 - 0.01× i s погл » 0.7 мкм2, а уже при m = 1.5 - - 0.001× i s погл » 0.11 мкм2. Большая скорость спада функции s погл(l ) наблюдается для относительно малых значений n1 (n1< 1.5); при увеличении n1 она уменьшается. Функция сечения рассеяния s расс(l ) имеет характерный максимум приблизительно в области l = 3 мкм. С уменьшением n2, функция сечения рассеяния, в отличие от сечения поглощения, возрастает.
Рис. 1 2. Индикатриса рассеяния. Для монодисперсной системы частиц сажи при длине волны падающего излучения l
= 1 мкм, температуре продуктов сгорания Т = 3200 К, Для монодисперсной системы частиц оксида алюминия составляющие индикатрису величины i1 и i2, характеризующие поляризованность рассеянного излучения, имеют сильные осцилляции; осцилляции сглаживаются при переходе с эквивалентной монодисперсной системы на соответствующую ей полидисперсную.На индикатрису рассеяния существенное влияние оказывает показатель поглощения n2; влияние показателя преломления n1 незначительно. |
величина первого дифракционного максимума Fрасс достигает 4.8 (рис.1.) при r
»
3.7, а уже при r
»
12, в области третьего дифракционного максимума, Fрасс »
2.8. Из рисунка видно, что Fрасс асимптотически приближается к некоторому значению, меньшему двух; можно показать, что 
Fрасс(r
) + Fпогл(r
) = 2.
форма индикатрисы рассеяния сильно зависит от величины модального (среднего) радиуса частиц. Так, при среднем размере сфер r = 0.02 мкм частиц сажи коэффициент асимметрии индикатрисы 
, а уже при r = 0.1 мкм (что справедливо для некоторых сортов сажи) 
. | (c) АСФ России, 2001 |