دانلود پایان نامه ارشد : بهینه ­سازی خواص تشعشعی لایه­ های نازک- قسمت 2

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

دوازده

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

سیزده

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

چهارده

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 استفاده 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- 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

شانزده

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

هفده

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.

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 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

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 : **** serderehi@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.

*** *** ***

  • 2