几种典型材料表面的双向反射特性建模与实验测量研究

《几种典型材料表面的双向反射特性建模与实验测量研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号M201170961学校代码10487密级硕士学位论文几种典型材料表面的双向反射特性建模与实验测量研究学位申请人：马文维学科专业：热能工程指导教师：程强副教授答辩日期：2014年1月10日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalandModelStudyonSurfaceBRDFforSeveralTypicalMaterialsCand

2、idate:MaWenweiMajor:ThermalEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.ChengQiangHuazhongUniversityofScience&TechologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中

3、以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日万方数据华中科

4、技大学硕士学位论文摘要随着太阳能利用、遥感测量、辐射测温以及半导体快速热处理等技术的发展，涌现出了一批热辐射起关键作用的表面辐射问题。双向反射分布函数（BRDF）是粗糙物体表面的基本特性，可以精确地描述物体表面的反射能量在空间内的分布情况。因此了解粗糙物体表面的BRDF对于辐射建模及传热分析来说至关重要。本文首先对目前存在的多种BRDF建模理论进行了分析与总结，提出了一种基于微元粗糙表面理论的改进型BRDF模型。通过将改进型BRDF模型与其他模型进行对比，结果表明：针对各向同性物体表面，该模型不仅满足能量守恒

5、定律，而且还可以避免大角度入射时BRDF模拟值失真的情况。因此该模型可以很好的描述物体表面的反射特性。然后利用原子力显微镜（AFM）测量得到半导体硅材料的表面形貌分布数据，将其应用到利用时域有限差分（FDTD）方法和几何光学方法对半导体硅材料的BRDF模拟中。计算结果表明：在二维粗糙表面情况下，当物体表面呈现各向异性或物体表面十分光滑时，FDTD方法得到的结果可以更好的和实验测量数据拟合。最后利用NIMS-III型双向反射分布函数测量实验台，测量研究了刚玉、氧化锆等几种典型材料表面的BRDF分布情况。测量结果

6、表明：随着入射角度的增大，BRDF的镜向峰值都有增大的趋势。在入射波长从380nm到2000nm的变化范围内，除碳化硅材料外，其他材料表面的BRDF分布随着入射波长的增大都呈现出逐渐增大的趋势。由于利用实验台测量物体表面半球空间内的所有角度的BRDF耗时较多，本文利用遗传算法将实验测量值与模型模拟值进行优化拟合，得到模型参数，结果表明本文提出的改进型BRDF模型可以很好的与实验数据相拟合。关键词：反射率，双向反射分布函数，微元粗糙表面，时域有限差分法I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractWitht

7、hedevelopmentofthetechnologiesofsolarenergy,remotesensing,radiationthermometryandrapidthermalofsemiconductor,aseriesofsurfaceradiationproblemsappearedwhichdominatedbythermalradiation.Bidirectionalreflectancedistributionfunction(BRDF)isafundamentalpropertyof

8、roughsurface,whichcouldaccuratelydescribethedistributionofthesurfacereflectedenergyinthespace,soknowledgeoftheBRDFiscrucialtoemissivitymodelingandheattransferanalysis.Firstofall,avarietyofexistingBRDFm