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1、碩士學(xué)位論文離散熱偶極子近似方法求解近場(chǎng)輻射傳熱THERMALDISCRETEDDIPOLEAPPROXIMATIONFORNEARFIELDRADIATIONHEATTRANSFER方杰龍哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TK121學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：536.3密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文離散熱偶極子近似方法求解近場(chǎng)輻射傳熱碩士研究生：方杰龍導(dǎo)師：易紅亮教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：工程熱物理所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedInde
2、x:TK121U.D.C.:536.3DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringTHERMALDISCRETEDDIPOLEAPPROXIMATIONFORNEARFIELDRADIATIONHEATTRANSFERCandidate:FangJieLongSupervisor:Prof.YiHongLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ThermalEnergyEngineeringAffili
3、ation:SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要近年來(lái)隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展，微納尺度下的換熱問題成為微納技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)問題，其中微納尺度下傳熱方式之一的熱輻射問題稱為近場(chǎng)輻射傳熱問題，當(dāng)物體間距小于或熱輻射的特征波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，光子隧穿效應(yīng)和表面極化效應(yīng)使的近場(chǎng)輻射傳熱量遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)場(chǎng)下的輻射傳熱問題。材料的特性，間距，
4、物體的微結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)物體間的近場(chǎng)輻射傳熱產(chǎn)生影響。本文分別采用偶極子近似方法和離散偶極子近似方法對(duì)于多納米粒子系統(tǒng)和復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)間的近場(chǎng)輻射傳熱進(jìn)行了計(jì)算，研究了影響納米粒子以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)間近場(chǎng)輻射傳熱的因素，以便對(duì)于近場(chǎng)輻射起到熱調(diào)控的作用。本文采用偶極子近似方法對(duì)多納米粒子系統(tǒng)間的輻射換熱進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了偶極子計(jì)算的準(zhǔn)確性后，在前人的基礎(chǔ)上，采用耦合電偶極子與磁偶極子的偶極子近似計(jì)算了金屬粒子間的近場(chǎng)輻射換熱，結(jié)果表明磁偶極子在金屬粒子間近場(chǎng)輻射傳熱占主導(dǎo)作用。分別計(jì)算了金屬粒子與非金屬間的多體問題，結(jié)果顯示金屬由于在紅外波
5、段不存在表面等離子體共振，金屬粒子的多體系統(tǒng)影響不大。利用偶極子近似計(jì)算了InSb粒子間的近場(chǎng)輻射換熱問題，結(jié)果顯示，由于外加磁場(chǎng)的作用下，InSb材料的介電常數(shù)發(fā)生改變，因此通過調(diào)節(jié)外加恒定磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)方向均可以有效地調(diào)節(jié)InSb粒子間的近場(chǎng)輻射傳熱?？紤]金屬表面對(duì)于金屬粒子間近場(chǎng)輻射傳熱的影響，在計(jì)算中加入了磁偶極子的作用，并且考慮表面對(duì)于磁偶極子發(fā)射電磁波的反射作用。結(jié)果表明：金屬表面對(duì)于金屬粒子近場(chǎng)輻射傳熱增強(qiáng)的效應(yīng)主要來(lái)自于表面對(duì)于磁偶極子作用的反射，而非金屬SiC表面對(duì)于金屬粒子近場(chǎng)輻射傳熱增強(qiáng)的效應(yīng)主要來(lái)自
6、于SiC的表面聲子極化。在離散熱偶極子近似方法對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，對(duì)立方體以及各向異性材料之間的近場(chǎng)輻射傳熱問題進(jìn)行計(jì)算并對(duì)比，驗(yàn)證了離散熱偶極子近似方法的準(zhǔn)確性。對(duì)于環(huán)形圓柱體間近場(chǎng)輻射傳熱的計(jì)算結(jié)果顯示，物理結(jié)構(gòu)的改變不會(huì)影響到材料的共振特性。計(jì)算了SiO與ZnO形成的分層圓柱間近場(chǎng)輻射傳熱，結(jié)果顯2示，改變SiO與ZnO的厚度與內(nèi)外層會(huì)對(duì)圓柱間的近場(chǎng)輻射傳熱造成一定的影響。2對(duì)于SiO大結(jié)構(gòu)與SiO納米粒子間形成的多體系統(tǒng)。結(jié)果表明，這樣的多體系統(tǒng)，22大物體的存在可以增強(qiáng)SiO納米間的近場(chǎng)輻射傳熱。2關(guān)鍵詞：近場(chǎng)
7、輻射傳熱；偶極子近似；離散熱偶極子近似；多體作用I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractInrecentyears,withthefastdevelopmentofmicro-nanotechnology,theheattransferproblemundermicro-nanoscalehasbecomeaproblemtobesolvedurgentlyinthemicroandnanotechnicalfield.Thethermalradiationatmicro-nanoscalesiscallednea
8、r-fieldradiation.Intheheattransferproblem,whenthedistancebetweenobjectsissmallerthanorequaltothecharacteristicwavelengthofthermalradiation,thenear-field
