دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشکده مهندسی مکانیک
بهینه سازی خواص تشعشعی لایه های نازک
پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما
دکتر احمد صابونچی
1393
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست مطالب شش
فهرست اشکال هشت
فهرست جداول شانزده
فهرست علائم و نمادها هجده
چکیده. 1
فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده 7
فصل سوم: محاسبه خواص تشعشعی لایه های نازک. 24
3-1 ضریب شکست و بردار موج مختلط 24
3-3 محاسبه خواص تشعشعی سطح مشترک دو محیط 25
3-4 محاسبه خواص تشعشعی یک لایه ضخیم 27
3-5 محاسبه خواص تشعشعی یک لایه نازک. 29
3-6 محاسبه خواص تشعشعی یک ساختار چند لایه 31
3-7 محاسبه خواص تشعشعی یک ساختار چند لایه شامل یک لایه ضخیم 34
فصل چهارم: مدلسازی و روش بهینه سازی 37
4-3 ضریب جذب ماکزیمم در محدوده تشعشع خورشید 43
4-4 ضریب عبور ماکزیمم در محدوده تشعشع خورشید 43
4-5 ضریب بازتاب ماکزیمم در محدوده تشعشع خورشید 44
|
4-6-2 روش عملیات حرارتی شبیه سازی شده 46
فصل پنجم: ارائه و تحلیل نتایج 49
5-2-3 خنک کاری با استفاده از مواد با قابلیت انحلال در آب 76
5-4 ضریب جذب ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید 97
5-4-1 ضریب جذب ماکزیمم سلولهای خورشیدی لایه نازک 101
5-5 ضریب بازتاب ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید 103
5-6 ضریب عبور ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید 104
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهاد 105
6-2 پیشنهاد برای پژوهش های آتی 106
پیوست 1: نحوه محاسبه خواص تشعشعی به کمک نظریه الکترودینامیک ………………………………………………………………108
پ1-1 معادلات مکسول…………………………………………………………………………………………………………………………..108
پ1-2 معادله موج………….. ……………………………………………………………………………………………………………………..110
پ1-2-1 فرض هدایت الکتریکی صفر… ……………………………………………………………………………………………………….110
پ1-2-2 فرض هدایت الکتریکی غیر صفر………… ………………………………………………………………………………………….113
پ1-3 بردار پویینتینگ…………………………………………………………………………………………………………………………….114
پ1-4 محاسبه خواص تشعشعی سطح مشترک دو محیط………………. ………………………………………………………………117
پ1-4-1 پلاریزاسیون s……… ……………………………………………………………………………………………………………………..117
پ1-4-2 پلاریزاسیون p……… ……………………………………………………………………………………………………………………..120
پ1-5 محاسبه خواص تشعشعی یک ساختار چند لایه……. ……………………………………………………………………………123
پ1-5-1 پلاریزاسیون s……… ……………………………………………………………………………………………………………………..123
پ1-5-2 پلاریزاسیون p……………………………………………………………………………………………………………………………..127
پیوست 2: نمودارهای خواص تشعشعی ساختارهای بهینه 130
پ2-1-نمودارهای ساختارهای بهینه خنک کاری در روز 130
پ2-2-نمودارهای ساختارهای بهینه خنک کاری در شب 144
|
پ2-3-نمودارهای ساختارهای بهینه آینه حرارتی 150
پ2-4-نمودارهای ساختارهای بهینه با ضریب جذب بالا 156
مراجع 162
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1‑2- تشعشع خورشید (سمت چپ) و تشعشع آسمان و مقایسه آن با توزیع پلانک 288.1 K (سمت راست) 4
شکل 2‑2 – ضریب بازتاب ساختار Si3N4/Al/Glass 11
شکل 2‑3- نمودار و برحسب ضخامت slab برای گازهای NH3 ، C2H4 و C2H4O 11
شکل 2‑4- نمودار و برحسب درصد C2H4O در C2H4 برای مخلوطی از این دو گاز برای سه ضخامت مختلف 12
شکل2‑5 – ضریب بازتاب ساختار SiO0.6N0.2/Al/Glass و بهینه سازی بر اساس ضخامت 13
شکل2‑7 – ضریب بازتاب ساختار SiO2/SiO0.25N1.52/Al/Glass 14
شکل2‑8 – ضرایب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) CdTe/Si اندازه گیری شده توسط بن لتار و همکاران 16
شکل2‑9 – ضرایب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) CdS اندازه گیری شده توسط بن لتار و همکاران 17
شکل2‑12 – پوشش نوسانی دوبعدی 22
شکل 2‑13 – پوشش نوسانی سه بعدی 23
شکل 3‑1-کسر انرژی بازتابیده و عبور کرده از یک لایه ضخیم 29
شکل 3‑2- کسر انرژی بازتابیده و عبور کرده از یک لایه نازک با درنظر گرفتن تغییر فاز موج 30
شکل 3‑3- یک ساختار متشکل از N-2 لایه نازک. 32
شکل 3‑4- یک ساختار متشکل از N-2 لایه نازک. 35
شکل3‑5– فلوچارت محاسبه خواص تشعشعی در یک طول موج مشخص. 36
شکل 4‑1- محفظه خنک کاری ، پوشش جابه جایی و منطقه خنک کاری 38
شکل 4‑2- تابش یک پرتو با شدت واحد از پوشش به سمت پایین 39
شکل 4‑3- تابش یک پرتو با شدت واحد از منطقه خنک کاری به سمت بالا 39
|
شکل 4‑6 – فلوچارت الگوریتم ژنتیک. 45
شکل 4‑7- فلوچارت روش عملیات حررتی شبیه سازی شده 47
شکل 5‑10- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S11 57
شکل 5‑11- خواص تشعشعی ساختار S11 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 58
شکل 5‑12- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S11 در محدوده تشعشع خورشید 58
شکل 5‑13- خواص تشعشعی ساختار S11 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 58
شکل 5‑14- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S11 در محدوده مادون قرمز 59
شکل 5‑16- خواص تشعشعی ساختار S12 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 59
شکل 5‑17- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S12 در محدوده تشعشع خورشید 60
شکل 5‑18- خواص تشعشعی ساختار S12 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 60
شکل 5‑19- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S12 در محدوده مادون قرمز 60
شکل 5‑21- خواص تشعشعی ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 61
شکل 5‑22- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشید 62
شکل 5‑23- خواص تشعشعی ساختار S13 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 62
شکل 5‑24- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S13 در محدوده مادون قرمز 62
|
شکل 5‑25- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S14 63
شکل 5‑26- خواص تشعشعی ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 63
شکل 5‑27- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشید 63
شکل 5‑28- خواص تشعشعی ساختار S14 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 64
شکل 5‑29- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S14 در محدوده مادون قرمز 64
شکل 5‑30- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S15 64
شکل 5‑31- خواص تشعشعی ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 65
شکل 5‑32- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشید 65
شکل 5‑33- خواص تشعشعی ساختار S15 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 65
شکل 5‑34- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S15 در محدوده مادون قرمز 66
شکل 5‑36- خواص تشعشعی ساختار S18 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 71
شکل 5‑37- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S18 در محدوده مادون قرمز 71
شکل 5‑38- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S21 72
شکل 5‑39- خواص تشعشعی ساختار S21 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 72
شکل 5‑40- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S21 در محدوده مادون قرمز 73
شکل 5‑42- خواص تشعشعی ساختار S25 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 74
شکل 5‑43- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S25 در محدوده مادون قرمز 74
شکل 5‑44- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به یک لایهی KBr 76
شکل 5‑45- نمودار تغییرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلی اتیلن در دو طرف KBr 77
5‑46- نمودار تغییرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلی اتیلن در دو طرف NaF 78
شکل 5‑47- خواص تشعشعی ساختار S28 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 78
شکل 5‑48- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S28 در محدوده مادون قرمز 79
شکل 5‑49- خواص تشعشعی ساختار S29 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 79
شکل 5‑50- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S29 در محدوده مادون قرمز 79
شکل 5‑51- خواص تشعشعی ساختار S30 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 80
شکل 5‑52- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S30 در محدوده مادون قرمز 80
|
شکل 5‑54- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S32 در ناحیه نور مرئی 84
شکل 5‑55- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S32 در بازه 0.7-2.4 μm 84
شکل 5‑56- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S32 در بازه 4-85 μm 84
شکل 5‑58- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S34 در ناحیه نور مرئی 85
شکل 5‑59- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S34 در بازه 0.7-2.4 μm 86
شکل 5‑60- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S34 در بازه 4-85 μm 86
شکل 5‑62- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S35 در ناحیه نور مرئی 87
شکل 5‑63- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S35 در بازه 0.7-2.4 μm 87
شکل 5‑64- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S35 در بازه 4-85 μm 88
شکل 5‑66- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S37 در ناحیه نور مرئی 90
شکل 5‑67- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S37 در بازه 0.7-2.4 μm 90
شکل 5‑68- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S37 در بازه 4-85 μm 90
شکل 5‑70- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S40 در ناحیه نور مرئی 91
شکل 5‑71- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S40 در بازه 0.7-2.4 μm 92
شکل 5‑72- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S40 در بازه 4-85 μm 92
شکل 5‑74- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S42 در ناحیه نور مرئی 93
شکل 5‑75- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S42 در بازه 0.7-2.4 μm 93
شکل 5‑76- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S42 در بازه 4-85 μm 94
شکل 5‑78- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S43 در ناحیه نور مرئی 95
شکل 5‑79- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S43 در بازه 0.7-2.4 μm 95
شکل 5‑80- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S43 در بازه 4-85 μm 95
شکل 5‑81- ضریب عبور نرمال و نیمکروی یک لایه 5 میلیمتری از BaTiO3 در ناحیه نور مرئی 96
شکل 5‑82- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی یک لایه 5 میلیمتری از BaTiO3 در بازه 0.7-2.4 μm 96
شکل 5‑83- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی یک لایه 5 میلیمتری از BaTiO3 در بازه 4-85 μm 97
شکل 5‑84- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Asol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S44 100
شکل 5‑85- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S44 در محدوده تشعشع خورشبد 100
|
شکل 5‑87- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S51 در محدوده تشعشع خورشبد 101
شکل 5‑90- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Rsol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S64 103
شکل 5‑91- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی پوشش S64 در محدوده تشعشع خورشبد 103
شکل 5‑92- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Tsol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S65 104
شکل 5‑93- ضریب عبور نرمال و نیمکروی پوشش S65 در محدوده تشعشع خورشبد 104
شکل پ1‑1- برخورد یک پرتو با پلاریزاسیون s به یک سطح 116
شکل پ1-2 – برخورد یک پرتو با پلاریزاسیون p به یک سطح 119
شکل پ1‑3- یک ساختار متشکل از N-2 لایه نازک. 123
شکل پ2‑1- خواص تشعشعی ساختار S1 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 130
شکل پ2‑2- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S1 در محدوده تشعشع خورشید 131
شکل پ2‑3- خواص تشعشعی ساختار S1 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 131
شکل پ2‑4- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S1 در محدوده مادون قرمز 131
شکل پ2‑5- خواص تشعشعی ساختار S2 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 132
شکل پ2‑6- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S2 در محدوده تشعشع خورشید 132
شکل پ2‑7- خواص تشعشعی ساختار S2 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 132
شکل پ2‑8- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S2 در محدوده مادون قرمز 133
شکل پ2‑9- خواص تشعشعی ساختار S3 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 133
شکل پ2‑10- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S3 در محدوده تشعشع خورشید 133
شکل پ2‑11- خواص تشعشعی ساختار S3 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 134
شکل پ2‑12- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S3 در محدوده مادون قرمز 134
شکل پ2‑13- خواص تشعشعی ساختار S4 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 134
شکل پ2‑14- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S4 در محدوده تشعشع خورشید 135
شکل پ2‑15- خواص تشعشعی ساختار S4 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 135
شکل پ2‑16- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S4 در محدوده مادون قرمز 135
شکل پ2‑17- خواص تشعشعی ساختار S5 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 136
شکل پ2‑18- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S5 در محدوده تشعشع خورشید 136
شکل پ2‑19- خواص تشعشعی ساختار S5 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 136
شکل پ2‑20- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S5 در محدوده مادون قرمز 137
شکل پ2‑21- خواص تشعشعی ساختار S6 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 137
شکل پ2‑22- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S6 در محدوده تشعشع خورشید 137
|
شکل پ2‑23- خواص تشعشعی ساختار S6 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 138
شکل پ2‑24- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S6 در محدوده مادون قرمز 138
شکل پ2‑25- خواص تشعشعی ساختار S7 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 138
شکل پ2‑26- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S7 در محدوده تشعشع خورشید 139
شکل پ2‑27- خواص تشعشعی ساختار S7 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 139
شکل پ2‑28- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S7 در محدوده مادون قرمز 139
شکل پ2‑29- خواص تشعشعی ساختار S8 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 140
شکل پ2‑30- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S8 در محدوده تشعشع خورشید 140
شکل پ2‑31- خواص تشعشعی ساختار S8 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 140
شکل پ2‑32- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S8 در محدوده مادون قرمز 141
شکل پ2‑33- خواص تشعشعی ساختار S9 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 141
شکل پ2‑34- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S9 در محدوده تشعشع خورشید 141
شکل پ2‑35- خواص تشعشعی ساختار S9 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 142
شکل پ2‑36- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S9 در محدوده مادون قرمز 142
شکل پ2‑37- خواص تشعشعی ساختار S10 در محدوده تشعشع خورشید، در جهت نرمال 142
شکل پ2‑38- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S10 در محدوده تشعشع خورشید 143
شکل پ2‑39- خواص تشعشعی ساختار S10 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 143
شکل پ2‑40- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S10 در محدوده مادون قرمز 143
شکل پ2‑41- خواص تشعشعی ساختار S16 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 144
شکل پ2‑42- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S16 در محدوده مادون قرمز 144
شکل پ2‑43- خواص تشعشعی ساختار S17 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 144
شکل پ2‑44- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S17 در محدوده مادون قرمز 145
شکل پ2‑45- خواص تشعشعی ساختار S19 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 145
شکل پ2‑46- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S19 در محدوده مادون قرمز 145
شکل پ2‑47- خواص تشعشعی ساختار S20 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 146
شکل پ2‑48- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S20 در محدوده مادون قرمز 146
شکل پ2‑49- خواص تشعشعی ساختار S22 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 146
شکل پ2‑50- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S22 در محدوده مادون قرمز 147
شکل پ2‑51- خواص تشعشعی ساختار S23 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 147
شکل پ2‑52- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S23 در محدوده مادون قرمز 147
شکل پ2‑53- خواص تشعشعی ساختار S24 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 148
شکل پ2‑54- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S24 در محدوده مادون قرمز 148
|
شکل پ2‑55- خواص تشعشعی ساختار S26 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 148
شکل پ2‑56- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S26 در محدوده مادون قرمز 149
شکل پ2‑57- خواص تشعشعی ساختار S27 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 149
شکل پ2‑58- خواص تشعشعی نیمکروی ساختار S27 در محدوده مادون قرمز 149
شکل پ2‑59- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S31 در ناحیه نور مرئی 150
شکل پ2‑60- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S31 در بازه 0.7-2.4 μm 150
شکل پ2‑61- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S31 در بازه 4-85 μm 150
شکل پ2‑62- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S33 در ناحیه نور مرئی 151
شکل پ2‑63- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S33 در بازه 0.7-2.4 μm 151
شکل پ2‑64- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S33 در بازه 4-85 μm 151
شکل پ2‑65- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S36 در ناحیه نور مرئی 152
شکل پ2‑66- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S36 در بازه 0.7-2.4 μm 152
شکل پ2‑67- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S36 در بازه 4-85 μm 152
شکل پ2‑68- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S38 در ناحیه نور مرئی 153
شکل پ2‑69- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S38 در بازه 0.7-2.4 μm 153
شکل پ2‑70- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S38 در بازه 4-85 μm 153
شکل پ2‑71- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S39 در ناحیه نور مرئی 154
شکل پ2‑72- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S39 در بازه 0.7-2.4 μm 154
شکل پ2‑73- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S39 در بازه 4-85 μm 154
شکل پ2‑74- ضریب عبور نرمال و نیمکروی S41 در ناحیه نور مرئی 155
شکل پ2‑75- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S41 در بازه 0.7-2.4 μm 155
شکل پ2‑76- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی S41 در بازه 4-85 μm 155
شکل پ2‑77- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S45 در محدوده تشعشع خورشبد 156
شکل پ2‑78- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S46 در محدوده تشعشع خورشبد 156
شکل پ2‑79- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S47 در محدوده تشعشع خورشبد 156
شکل پ2‑80- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S48 در محدوده تشعشع خورشبد 157
شکل پ2‑81- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S49 در محدوده تشعشع خورشبد 157
شکل پ2‑82- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S50 در محدوده تشعشع خورشبد 157
شکل پ2‑83- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S52 در محدوده تشعشع خورشبد 158
شکل پ2‑84- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S53 در محدوده تشعشع خورشبد 158
شکل پ2‑85- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S54 در محدوده تشعشع خورشبد 158
شکل پ2‑86- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S55 در محدوده تشعشع خورشبد 159
شکل پ2‑87- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S56 در محدوده تشعشع خورشبد 159
شکل پ2‑88- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S57 در محدوده تشعشع خورشبد 159
شکل پ2‑89- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S58 در محدوده تشعشع خورشبد 160
شکل پ2‑90- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S59 در محدوده تشعشع خورشبد 160
|
شکل پ2‑91- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S60 در محدوده تشعشع خورشبد 160
شکل پ2‑92- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S61 در محدوده تشعشع خورشبد 161
شکل پ2‑93- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S62 در محدوده تشعشع خورشبد 161
شکل پ2‑94- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S63 در محدوده تشعشع خورشبد 161
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2‑1- مقادیر ، ، P و ΔT برای سه ساختار 15
جدول 2‑6- خواص تشعشعی متوسط ساختار WO3/Au/WO3 اندازه گیری شده توسط الکهیلی و همکاران 21
جدول 5‑1- پوشش های بهینه خنک کاری در روز 54
جدول 5‑2- خواص تشعشعی پوشش های بهینه خنک کاری در روز در جهت نرمال 54
جدول 5‑3- خواص تشعشعی نیمکروی پوشش های بهینه خنک کاری در روز 55
جدول 5‑6- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنک کاری و محیط در روز و شب با فرض ε=1 67
جدول 5‑7- پوششهای بهینه خنک کاری در شب 68
جدول 5‑8- خواص تشعشعی پوشش های بهینه خنک کاری در شب در جهت نرمال 69
جدول 5‑9- خواص نیمکروی تشعشعی پوشش های بهینه خنک کاری در شب 69
جدول 5‑10- توان خنک کاری (برحسب W/m2) پوشش های بهینه خنک کاری در شب برای شار نرمال و دیفیوز 70
جدول 5‑11- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنک کاری و محیط در شب با فرض ε=1 75
جدول 5‑12- توان خنک کاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی نرمال 76
جدول 5‑13- توان خنک کاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی دیفیوز 76
جدول 5‑14- توان خنک کاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی نرمال 80
جدول 5‑15- توان خنک کاری (برحسب W/m2) و خواص تشعشعی میانگین با فرض شار تشعشعی دیفیوز 81
جدول 5‑16- حد اکثر اختلاف دمای منطقه خنک کاری و محیط در شب با فرض ε=1 81
جدول 5‑17- ساختارهای بهینه SiO2 82
جدول 5‑18- Tvis ،R0.7-2.4 و R4-85 ساختارهای بهینه SiO2 در جهت نرمال 82
جدول 5‑19- Tvis ،R0.7-2.4 و R4-85 نیمکروی ساختارهای بهینه SiO2 83
|
جدول 5‑20- ساختارهای بهینه BaTiO3 88
جدول 5‑21- Tvis ،R0.7-2.4 و R4-85 ساختارهای بهینه BaTiO3 در جهت نرمال 89
جدول 5‑22- Tvis،R0.7-2.4 و R4-85 نیمکروی ساختارهای بهینه BaTiO3 89
جدول 5‑23- پوشش های بهینه با ضریب جذب بالا 98
|
جدول 5‑24- ضریب جذب نرمال و نیمکروی متوسط هر پوشش. 99
فهرست علائم و نمادها
نمادهای لاتین
علائم یونانی
ضریب جذب متوسط
ضریب جذب
چگالی شار مغناطیسی (Wb/m2)
ضریب عبور
جابهجایی الکتریکی (C/m2)
ضریب بازتاب
میدان الکتریکی (V/m)
ضریب گسیل
میدان مغناطیسی (A/m)
طول موج ()
چگالی جریان الکتریکی (A/m2)
رسانایی الکتریکی (A/Vm)
ضریب جذب متوسط
ضریب استهلاک
بردار پویینتینگ (W/m2)
زاویه (rad)
ضریب عبور متوسط
فرکانس زاویهای (rad/s)
سرعت نور (m/s)
فاز
ضخامت هر لایه (nm)
ضریب عبور داخلی
ضریب جابهجایی (W/m2K)
تغییر فاز
بردار موج (1/m)
چگالی بار (C/m3)
ضریب شکست
ضریب گذردهی (F/m)
شار حرارتی (W/m2)
ضریب تراوایی (N/A2)
بردار مکان (m)
زیرنویس
زمان (s)
s
پلاریزاسیون s
توان خنککاری (W/m2)
p
پلاریزاسیون p
مقاومت حرارتی (m2K/W)
unpolarized
بدون پلاریزاسیون
دمای پوشش (ºC)
hemispherical
نیمکروی
دمای منطقهی خنککاری (ºC)
sol
محدودهی تشعشع خورشید
دمای محیط (ºC)
محدودهی نور مرئی
vis
چکیده
پوشش با لایههای نازک نقش بسیار مهمی در صنایع نیم رسانا ها و تجهیزات میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک دارد. با اضافه کردن یک لایه نازک به سطح به علت تداخل امواج الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی سطح کاملا متفاوت خواهد بود. در این پروژه با استفاده از روشهای الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی یک ساختار چندلایه نازک محاسبه میشود و با استفاده از الگوریتم ژنتیک و عملیات حرارتی شبیهسازی شده، خواص چنین ساختاری با تغییر جنس و ضخامت لایهها با توجه به مسائل کاربردی بهینهسازی میشود.
یکی از مسائل مورد بررسی در این پروژه خنککاری تشعشعی است. مشخص شده که در صورتیکه رطوبت بالا نباشد جو زمین در بازه 8 تا 13 میکرومتر به صورت یک چاه حرارتی عمل میکند و درنتیجه در صورت استفاده ازیک پوشش انتخابگر، به گونهای که تبادل انرژی را به این بازه محدود کند میتوان بدون مصرف انرژی خنککاری انجام داد. استفاده از پوششهایی که امکان خنککاری تحت تابش مستقیم نور خورشید را مهیا کنند تا کنون به صورت یک چالش باقی مانده است. در این پروژه تعدادی پوشش معرفی شده، که به کمک آنها امکان خنککاری جزئی در حد 2 تا 3 درجهی سانتیگراد، تحت تابش مستقیم نور خورشید وجود دارد. همچنین تعداد زیادی پوشش بهینه برای خنککاری در شب معرفی شده است. به علاوه ایدهی استفاده از پتاسیم بروماید پوششداده شده از دو طرف به عنوان یک پوشش بسیار مناسب برای خنککاری در شب برای اولین بار مطرح شده است. افت دما با استفاده از چنین پوششی حدود 123% افزایش خواهد داشت.
همچنین ساختارهای بهینه جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی معرفی شده است. ضمن اینکه BaTiO3 به عنوان یک آینه حرارتی بسیار مناسب، برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: انتقال حرارت، لایههای نازک، انتقال حرارت تشعشعی در ابعاد نانو، خواص تشعشعی، خنککاری تشعشعی، آینههای حرارتی، بهینهسازی
1-1 پیشگفتار
با توجه به کاربردهای وسیع لایههای نازک، استفاده از این تکنولوژی در بسیاری از ادوات اپتیکی، الکترونیکی و تجهیزات مربوط به انرژی خورشیدی متداول شدهاست. از طرفی، اطلاع از خواص تشعشعی ساختارهای چندلایه[1] شامل لایههای نازک، در بسیاری از کاربردهای عملی مانند فرایندهای گرمایی سریع[2] (RTP) [1و2] و سلولهای خورشیدی حائز اهمیت کلیدی میباشد. یافتن ضخامت بهینه لایهها جهت دستیابی به خواص تشعشعی مورد نظر، کاربردهای مهمی در تجهیزات خنککننده تشعشعی[3]، آینههای حرارتی[4]، کلکتورهای خورشیدی و سلولهای خورشیدی دارد، ولی با این وجود به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است.
لایههای نازک در کاربردها معمولا به شکل ساختارهای چندلایه مطابق شکل 1-1 استفاده میشوند.
همانطور که دیده میشود یک لایه ضخیم(Substrate) با ضخامتی از order میلیمتر وجود دارد که در اطراف آن (یا فقط در یک سمت) لایههای نازک قرار دارند. یکی از ویژگیهای مهم این ساختارها قابل تنظیم بودن خواص تشعشعی آنها است. خواص تشعشعی چنین ساختارهایی به عوامل متعددی بستگی دارد که در ادامه لیست میشوند[3]:
- تعداد لایهها
- جنس لایهها
- نحوه چینش لایهها
- ضخامت لایهها
- زاویه برخورد
- دمای لایهها
- پلاریزاسیون پرتو برخوردی
با توجه به تغییرات طیفی خواص تشعشعی این لایهها میتوان با استفاده از ترکیبهای متنوع از لایههای مختلف، خواص تشعشعی را در بازههای مختلف طول موج تغییر داد. در نتیجه در صورتیکه جنس و ضخامت لایهها به درستی انتخاب شود، میتوان به کمک ساختارهای چندلایه نازک به پوششهای انتخابگر متنوع دسترسی پیدا کرد.
تعداد صفحه : 188
قیمت : 14700تومان
