离散热偶极子近似方法求解近场辐射传热.pdf

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1、硕士学位论文离散热偶极子近似方法求解近场辐射传热THERMALDISCRETEDDIPOLEAPPROXIMATIONFORNEARFIELDRADIATIONHEATTRANSFER方杰龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK121学校代码：10213国际图书分类号：536.3密级：公开工学硕士学位论文离散热偶极子近似方法求解近场辐射传热硕士研究生：方杰龙导师：易红亮教授申请学位：工学硕士学科：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TK121U.D.C.:536.3DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringTHERMALDISCRETEDDIPOLEAPPROXIMATIONFORNEARFIELDRADIATIONHEATTRANSFERCandidate:FangJieLongSupervisor:Prof.YiHongLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ThermalEnergyEngineeringAffili

3、ation:SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来随着微纳技术的不断发展，微纳尺度下的换热问题成为微纳技术领域亟待解决的一个问题，其中微纳尺度下传热方式之一的热辐射问题称为近场辐射传热问题，当物体间距小于或热辐射的特征波长相当时，光子隧穿效应和表面极化效应使的近场辐射传热量远大于远场下的辐射传热问题。材料的特性，间距，

4、物体的微结构会对物体间的近场辐射传热产生影响。本文分别采用偶极子近似方法和离散偶极子近似方法对于多纳米粒子系统和复杂三维结构间的近场辐射传热进行了计算，研究了影响纳米粒子以及复杂结构间近场辐射传热的因素，以便对于近场辐射起到热调控的作用。本文采用偶极子近似方法对多纳米粒子系统间的辐射换热进行计算，验证了偶极子计算的准确性后，在前人的基础上，采用耦合电偶极子与磁偶极子的偶极子近似计算了金属粒子间的近场辐射换热，结果表明磁偶极子在金属粒子间近场辐射传热占主导作用。分别计算了金属粒子与非金属间的多体问题，结果显示金属由于在红外波

5、段不存在表面等离子体共振，金属粒子的多体系统影响不大。利用偶极子近似计算了InSb粒子间的近场辐射换热问题，结果显示，由于外加磁场的作用下，InSb材料的介电常数发生改变，因此通过调节外加恒定磁场和外加磁场方向均可以有效地调节InSb粒子间的近场辐射传热。考虑金属表面对于金属粒子间近场辐射传热的影响，在计算中加入了磁偶极子的作用，并且考虑表面对于磁偶极子发射电磁波的反射作用。结果表明：金属表面对于金属粒子近场辐射传热增强的效应主要来自于表面对于磁偶极子作用的反射，而非金属SiC表面对于金属粒子近场辐射传热增强的效应主要来自

6、于SiC的表面声子极化。在离散热偶极子近似方法对于复杂结构的计算中，对立方体以及各向异性材料之间的近场辐射传热问题进行计算并对比，验证了离散热偶极子近似方法的准确性。对于环形圆柱体间近场辐射传热的计算结果显示，物理结构的改变不会影响到材料的共振特性。计算了SiO与ZnO形成的分层圆柱间近场辐射传热，结果显2示，改变SiO与ZnO的厚度与内外层会对圆柱间的近场辐射传热造成一定的影响。2对于SiO大结构与SiO纳米粒子间形成的多体系统。结果表明，这样的多体系统，22大物体的存在可以增强SiO纳米间的近场辐射传热。2关键词：近场

7、辐射传热；偶极子近似；离散热偶极子近似；多体作用I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthefastdevelopmentofmicro-nanotechnology,theheattransferproblemundermicro-nanoscalehasbecomeaproblemtobesolvedurgentlyinthemicroandnanotechnicalfield.Thethermalradiationatmicro-nanoscalesiscallednea

8、r-fieldradiation.Intheheattransferproblem,whenthedistancebetweenobjectsissmallerthanorequaltothecharacteristicwavelengthofthermalradiation,thenear-field