دانلود پایان نامه ارشد : بهینه ­سازی خواص تشعشعی لایه­ های نازک

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

(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 اول: مقدمه 2

1-1   پیشگفتار 2

1-2   خنک کاری تشعشعی 4

1-3   آینه های حرارتی 5

1-4   تعریف مسئله 5

1-5   اهداف پژوهش 6

1-6   روش انجام پژوهش 6

فصل دوم: مروری بر کارهای انجام شده 7

2-1   کارهای انجام شده قبلی 7

فصل سوم: محاسبه خواص تشعشعی لایه های نازک. 24

3-1   ضریب شکست و بردار موج مختلط 24

3-2   پولاریزاسیون s و p 25

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

3-6-1  پلاریزاسیون s 31

3-6-2  پلاریزاسیون p 33

3-7   محاسبه خواص تشعشعی یک ساختار چند لایه شامل یک لایه ضخیم 34

فصل چهارم: مدلسازی و روش بهینه سازی 37

4-1   خنک کاری تشعشعی 37

4-2   آینه های حرارتی 42

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   روش بهینه سازی 44

4-6-1  الگوریتم ژنتیک 44

4-6-2  روش عملیات حرارتی شبیه سازی شده 46

فصل پنجم: ارائه و تحلیل نتایج 49

5-1   اعتبارسنجی محاسبات 49

5-2   خنک کاری تشعشعی 53

5-2-1  خنک کاری در طول روز 53

5-2-2  خنک کاری در شب 68

5-2-3  خنک کاری با بهره گرفتن از مواد با قابلیت انحلال در آب 76

5-3   آینه های حرارتی 81

5-3-1  لایه ضخیم SiO₂ 82

5-3-2  لایه ضخیم BaTiO₃ 88

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

6-1   نتیجه گیری 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 ‏1‑1-  یک ساختار چندلایه 3

شکل ‏1‑2-  تشعشع خورشید (سمت چپ) و تشعشع آسمان و مقایسه آن با توزیع پلانک 288.1 K (سمت راست) 4

شکل‏2‑1– ضریب بازتاب اندازه گیری شده ساختار SiO/Al/Glass برای ضخامت 0.8 μm ، (خط چین پایین) 1 μm (خط پر رنگ) و 1.2 μm (خط چین پایین) از لایه SiO 10

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 SiO_0.6N_0.2/Al/Glass  و بهینه سازی بر اساس ضخامت 13

شکل ‏2‑6- نمودار  و  را برحسب ضخامت لایه های SiO₂ و SiO_0.25N_1.52 در ساختار SiO₂/SiO_0.25N_1.52/Al/Glass 13

شکل‏2‑7 – ضریب بازتاب ساختار SiO₂/SiO_0.25N_1.52/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

شکل‏2‑10 – ضرایب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) اندازه گیری شده برای ترکیب شیشه (3 mm) ، فولاد زنگ نزن (45 nm) و قلع (195 nm) توسط مهیب و همکاران 18

شکل ‏2‑11 – نمودار دمای محیط (T_amb) و مینیمم دمای ثبت شده (T_rad) در طول ساعات روز توسط مهیب و همکاران 19

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 ‏4‑4- شار طیفی خورشید 41

شکل ‏4‑5- شار طیفی جو 41

شکل ‏4‑6 – فلوچارت الگوریتم ژنتیک. 45

شکل ‏4‑7- فلوچارت روش عملیات حررتی شبیه سازی شده 47

شکل ‏5‑1- ضریب عبور و بازتاب یک لایه Al₂O₃ به ضخامت 3 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 50

شکل ‏5‑2- ضریب عبور و بازتاب یک لایه CaF₂ به ضخامت 5 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 50

شکل ‏5‑3- ضریب عبور یک لایه پلی اتیلن به ضخامت 50 میکرومتر و یک لایه پلی اتیلن با پوشش 120 نانومتر Te و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [26] 50

شکل ‏5‑4- ضریب عبور و بازتاب یک لایه KBr به ضخامت 5 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑5- ضریب عبور و بازتاب یک لایه LiF به ضخامت 5 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑6- ضریب عبور و بازتاب یک لایه NaF به ضخامت 6/1 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑7- ضریب عبور یک لایه پلی اتیلن به ضخامت 50 میکرومتر پوشش داده شده با لایه نازک PbSe  به ضخامت 210 نانومتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [28] 52

شکل ‏5‑8- ضریب عبور یک لایه پلی اتیلن به ضخامت 420 میکرومتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [23] 52

شکل ‏5‑9- ضریب عبور و بازتاب یک لایه SrTiO₃ به ضخامت 1/3 میلیمتر و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده در مرجع [54] 52

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 ‏5‑15- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S12 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 ‏5‑20- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S13 61

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 ‏5‑35- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S18 71

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 ‏5‑41- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری CP در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S25 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 ‏5‑53- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری تابع هدف در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S32 83

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 ‏5‑57- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S34 85

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 ‏5‑61- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S35 87

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 ‏5‑65- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S37 89

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 ‏5‑69- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری تابع هدف در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S40 91

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 ‏5‑73- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S42 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 ‏5‑77- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری تابع هدف در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S43 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 -A_sol 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 ‏5‑86- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری -A_sol در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S51 101

شکل ‏5‑87- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S51 در محدوده تشعشع خورشبد 101

شکل ‏5‑88- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -A_sol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) برای محاسبه ضخامت های بهینه سلول خورشیدی لایه نازک GaAs/Si 102

شکل ‏5‑89- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری -A_sol در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) برای محاسبه ضخامت های بهینه سلول خورشیدی لایه نازک CdTe/Ge 102

شکل ‏5‑90- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -R_sol 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 -T_sol 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 ‏2‑2- خواص تشعشعی اندازه گیری شده یک فویل پلی اتیلن به ضخامت 50 μm با بهره گرفتن از پوشش ها و رنگدانه های مختلف توسط دابسون و همکاران 16

جدول ‏2‑3- خواص تشعشعی متوسط یک لایه نازک CdTe به ضخامت 9.7 μm  روی لایه 1 میلیمتری سیلیکون ، اندازه گیری شده توسط بن لتار و همکاران 17

جدول ‏2‑4- خواص تشعشعی متوسط یک لایه نازک CdS به ضخامت 1 mm ، اندازه گیری شده توسط بن لتار و همکاران 18

جدول ‏2‑5- خواص تشعشعی متوسط ساختار شیشه ، فولاد زنگ نزن و قلع ، اندازه گیری شده توسط مهیب و همکاران 18

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 ‏5‑4- توان خنک کاری (برحسب W/m²) و اختلاف دمای پوشش و محیط برای پوشش های بهینه خنک کاری در روز با فرض شار تشعشعی نرمال 55

جدول ‏5‑5- توان خنک کاری (برحسب W/m²) و اختلاف دمای پوشش و محیط برای پوشش های بهینه خنک کاری در روز با فرض شار تشعشعی دیفیوز 56

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- T_vis ،R_0.7-2.4  و R_4-85 ساختارهای بهینه SiO₂ در جهت نرمال 82

جدول ‏5‑19- T_vis ،R_0.7-2.4  و R_4-85 نیمکروی ساختارهای بهینه SiO₂ 83

جدول ‏5‑20- ساختارهای بهینه BaTiO₃ 88

جدول ‏5‑21- T_vis ،R_0.7-2.4  و R_4-85 ساختارهای بهینه BaTiO₃ در جهت نرمال 89

جدول ‏5‑22- T_vis،R_0.7-2.4  و R_4-85 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

جا به ­جایی 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 جا به ­جایی (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

محدوده­ تشعشع خورشید

دمای محیط (ºC)

محدوده­ 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 بهره گرفتن از روش­های الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی یک ساختار چندلایه­ نازک محاسبه می­شود و با بهره گرفتن 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 می­ کند 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 درجه­ 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 بهره گرفتن 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.

شکل ‏1‑1-  یک ساختار چندلایه

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 بهره گرفتن 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 :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.