دانلود پایان نامه ارشد : بهينه ­سازي خواص تشعشعي لايه­ هاي نازک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسي مکانيک

گرایش :تبديل انرژي

عنوان : بهينه ­سازي خواص تشعشعي لايه­ هاي نازک

دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده مهندسي مکانيک

 

بهينه ­سازي خواص تشعشعي لايه­ هاي نازک

 

 

پايان‌نامه کارشناسي ارشد مهندسي مکانيک- تبديل انرژي

استاد راهنما

دکتر احمد صابونچي

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

چکيده. 1

فصل اول: مقدمه 2

1-1   پيشگفتار 2

1-2   خنک کاري تشعشعي 4

1-3   آينه هاي حرارتي 5

1-4   تعريف مسئله 5

1-5   اهداف پژوهش 6

1-6   روش انجام پژوهش 6

فصل دوم: مروري بر کارهاي انجام شده 7

2-1   کارهاي انجام شده قبلي 7

فصل سوم: محاسبه خواص تشعشعي لايه هاي نازک. 24

3-1   ضريب شکست و بردار موج مختلط 24

3-2   پولاريزاسيون s و p 25

3-3   محاسبه خواص تشعشعي سطح مشترک دو محيط 25

3-4   محاسبه خواص تشعشعي يک لايه ضخيم 27

3-5   محاسبه خواص تشعشعي يک لايه نازک. 29

3-6   محاسبه خواص تشعشعي يک ساختار چند لايه 31

3-6-1  پلاريزاسيون s 31

3-6-2  پلاريزاسيون p 33

3-7   محاسبه خواص تشعشعي يک ساختار چند لايه شامل يک لايه ضخيم 34

فصل چهارم: مدلسازي و روش بهينه سازي 37

4-1   خنک کاري تشعشعي 37

4-2   آينه هاي حرارتي 42

4-3   ضريب جذب ماکزيمم در محدوده تشعشع خورشيد 43

4-4   ضريب عبور ماکزيمم در محدوده تشعشع خورشيد 43

4-5   ضريب بازتاب ماکزيمم در محدوده تشعشع خورشيد 44

4-6   روش بهينه سازي 44

4-6-1  الگوريتم ژنتيک 44

شش

4-6-2  روش عمليات حرارتي شبيه سازي شده 46

فصل پنجم: ارائه و تحليل نتايج 49

5-1   اعتبارسنجي محاسبات 49

5-2   خنک کاري تشعشعي 53

5-2-1  خنک کاري در طول روز 53

5-2-2  خنک کاري در شب 68

5-2-3  خنک کاري با استفاده از مواد با قابليت انحلال در آب 76

5-3   آينه هاي حرارتي 81

5-3-1  لايه ضخيم SiO2 82

5-3-2  لايه ضخيم BaTiO3 88

5-4   ضريب جذب ماکزيمم در محدوده تشعشعي خورشيد 97

5-4-1  ضريب جذب ماکزيمم سلولهاي خورشيدي لايه نازک 101

5-5   ضريب بازتاب ماکزيمم در محدوده تشعشعي خورشيد 103

5-6   ضريب عبور ماکزيمم در محدوده تشعشعي خورشيد 104

فصل ششم: نتيجه گيري و پيشنهاد 105

6-1   نتيجه گيري 105

6-2   پيشنهاد براي پژوهش هاي آتي 106

پيوست 1: نحوه محاسبه خواص تشعشعي به کمک نظريه الکتروديناميک     ………………………………………………………………108

پ1-1 معادلات مکسول…………………………………………………………………………………………………………………………..108

پ1-2 معادله موج…………..     ……………………………………………………………………………………………………………………..110

پ1-2-1    فرض هدايت الکتريکي صفر…     ……………………………………………………………………………………………………….110

پ1-2-2    فرض هدايت الکتريکي غير صفر…………     ………………………………………………………………………………………….113

پ1-3 بردار پويينتينگ…………………………………………………………………………………………………………………………….114

پ1-4 محاسبه خواص تشعشعي سطح مشترک دو محيط……………….     ………………………………………………………………117

پ1-4-1    پلاريزاسيون s………     ……………………………………………………………………………………………………………………..117

پ1-4-2    پلاريزاسيون p………     ……………………………………………………………………………………………………………………..120

پ1-5 محاسبه خواص تشعشعي يک ساختار چند لايه…….     ……………………………………………………………………………123

پ1-5-1    پلاريزاسيون s………     ……………………………………………………………………………………………………………………..123

پ1-5-2    پلاريزاسيون p……………………………………………………………………………………………………………………………..127

پيوست 2: نمودارهاي خواص تشعشعي ساختارهاي بهينه 130

پ2-1-نمودارهاي ساختارهاي بهينه خنک کاري در روز 130

پ2-2-نمودارهاي ساختارهاي بهينه خنک کاري در شب 144

هفت

پ2-3-نمودارهاي ساختارهاي بهينه آينه حرارتي 150

پ2-4-نمودارهاي ساختارهاي بهينه با ضريب جذب بالا 156

مراجع  162

 

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل ‏1‑1-  يک ساختار چندلايه 3

شکل ‏1‑2-  تشعشع خورشيد (سمت چپ) و تشعشع آسمان و مقايسه آن با توزيع پلانک 288.1 K (سمت راست) 4

شکل‏2‑1– ضريب بازتاب اندازه گيري شده ساختار SiO/Al/Glass براي ضخامت 0.8 μm ، (خط چين پايين) 1 μm (خط پر رنگ) و 1.2 μm (خط چين پايين) از لايه SiO 10

شکل ‏2‑2 – ضريب بازتاب ساختار Si3N4/Al/Glass 11

شکل ‏2‑3- نمودار  و  برحسب ضخامت slab براي گازهاي NH3 ، C2H4 و C2H4O 11

شکل ‏2‑4- نمودار  و  برحسب درصد C2H4O در C2H4 براي مخلوطي از اين دو گاز براي سه ضخامت مختلف  12

شکل‏2‑5 – ضريب بازتاب ساختار SiO0.6N0.2/Al/Glass  و بهينه سازي بر اساس ضخامت 13

شکل ‏2‑6- نمودار  و  را برحسب ضخامت لايه هاي SiO2 و SiO0.25N1.52 در ساختار SiO2/SiO0.25N1.52/Al/Glass 13

شکل‏2‑7 – ضريب بازتاب ساختار SiO2/SiO0.25N1.52/Al/Glass 14

شکل‏2‑8 – ضرايب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) CdTe/Si اندازه گيري شده توسط بن لتار و همکاران 16

شکل‏2‑9 – ضرايب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) CdS اندازه گيري شده توسط بن لتار و همکاران 17

شکل‏2‑10 – ضرايب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) اندازه گيري شده براي ترکيب شيشه (3 mm) ، فولاد زنگ نزن (45 nm) و قلع (195 nm) توسط مهيب و همکاران 18

شکل ‏2‑11 – نمودار دماي محيط (Tamb) و مينيمم دماي ثبت شده (Trad) در طول ساعات روز توسط مهيب و همکاران 19

شکل‏2‑12 – پوشش نوساني دوبعدي 22

شکل ‏2‑13 – پوشش نوساني سه بعدي 23

شکل ‏3‑1-کسر انرژي بازتابيده و عبور کرده از يک لايه ضخيم 29

شکل ‏3‑2- کسر انرژي بازتابيده و عبور کرده از يک لايه نازک با درنظر گرفتن تغيير فاز موج 30

شکل ‏3‑3- يک ساختار متشکل از N-2 لايه نازک. 32

شکل ‏3‑4- يک ساختار متشکل از N-2 لايه نازک. 35

شکل‏3‑5– فلوچارت محاسبه خواص تشعشعي در يک طول موج مشخص. 36

شکل ‏4‑1- محفظه خنک کاري ، پوشش جابه جايي و منطقه خنک کاري 38

شکل ‏4‑2- تابش يک پرتو با شدت واحد از پوشش به سمت پايين 39

شکل ‏4‑3- تابش يک پرتو با شدت واحد از منطقه خنک کاري به سمت بالا 39

شکل ‏4‑4- شار طيفي خورشيد 41

شکل ‏4‑5- شار طيفي جو 41

هشت

شکل ‏4‑6 – فلوچارت الگوريتم ژنتيک. 45

شکل ‏4‑7- فلوچارت روش عمليات حررتي شبيه سازي شده 47

شکل ‏5‑1- ضريب عبور و بازتاب يک لايه Al2O3 به ضخامت 3 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 50

شکل ‏5‑2- ضريب عبور و بازتاب يک لايه CaF2 به ضخامت 5 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 50

شکل ‏5‑3- ضريب عبور يک لايه پلي اتيلن به ضخامت 50 ميکرومتر و يک لايه پلي اتيلن با پوشش 120 نانومتر Te و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [26] 50

شکل ‏5‑4- ضريب عبور و بازتاب يک لايه KBr به ضخامت 5 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑5- ضريب عبور و بازتاب يک لايه LiF به ضخامت 5 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑6- ضريب عبور و بازتاب يک لايه NaF به ضخامت 6/1 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 51

شکل ‏5‑7- ضريب عبور يک لايه پلي اتيلن به ضخامت 50 ميکرومتر پوشش داده شده با لايه نازک PbSe  به ضخامت 210 نانومتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [28] 52

شکل ‏5‑8- ضريب عبور يک لايه پلي اتيلن به ضخامت 420 ميکرومتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [23] 52

شکل ‏5‑9- ضريب عبور و بازتاب يک لايه SrTiO3 به ضخامت 1/3 ميليمتر و مقايسه با مقادير اندازه گيري شده در مرجع [54] 52

شکل ‏5‑10- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S11 57

شکل ‏5‑11- خواص تشعشعي ساختار S11 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 58

شکل ‏5‑12- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S11 در محدوده تشعشع خورشيد 58

شکل ‏5‑13- خواص تشعشعي ساختار S11 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 58

شکل ‏5‑14- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S11 در محدوده مادون قرمز 59

شکل ‏5‑15- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري CP در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S12 59

شکل ‏5‑16- خواص تشعشعي ساختار S12 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 59

شکل ‏5‑17- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S12 در محدوده تشعشع خورشيد 60

شکل ‏5‑18- خواص تشعشعي ساختار S12 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 60

شکل ‏5‑19- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S12 در محدوده مادون قرمز 60

شکل ‏5‑20- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري CP در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S13 61

شکل ‏5‑21- خواص تشعشعي ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 61

شکل ‏5‑22- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S13 در محدوده تشعشع خورشيد 62

شکل ‏5‑23- خواص تشعشعي ساختار S13 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 62

شکل ‏5‑24- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S13 در محدوده مادون قرمز 62

نه

شکل ‏5‑25- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S14 63

شکل ‏5‑26- خواص تشعشعي ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 63

شکل ‏5‑27- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S14 در محدوده تشعشع خورشيد 63

شکل ‏5‑28- خواص تشعشعي ساختار S14 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 64

شکل ‏5‑29- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S14 در محدوده مادون قرمز 64

شکل ‏5‑30- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S15 64

شکل ‏5‑31- خواص تشعشعي ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 65

شکل ‏5‑32- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S15 در محدوده تشعشع خورشيد 65

شکل ‏5‑33- خواص تشعشعي ساختار S15 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 65

شکل ‏5‑34- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S15 در محدوده مادون قرمز 66

شکل ‏5‑35- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري CP در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S18 71

شکل ‏5‑36- خواص تشعشعي ساختار S18 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 71

شکل ‏5‑37- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S18 در محدوده مادون قرمز 71

شکل ‏5‑38- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S21 72

شکل ‏5‑39- خواص تشعشعي ساختار S21 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 72

شکل ‏5‑40- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S21 در محدوده مادون قرمز 73

شکل ‏5‑41- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري CP در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S25 73

شکل ‏5‑42- خواص تشعشعي ساختار S25 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 74

شکل ‏5‑43- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S25 در محدوده مادون قرمز 74

شکل ‏5‑44- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط CP در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به يک لايهي KBr 76

شکل ‏5‑45- نمودار تغييرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلي اتيلن در دو طرف KBr 77

‏5‑46- نمودار تغييرات CP بر حسب ضخامت CaF2 و پلي اتيلن در دو طرف NaF 78

شکل ‏5‑47- خواص تشعشعي ساختار S28 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 78

شکل ‏5‑48- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S28 در محدوده مادون قرمز 79

شکل ‏5‑49- خواص تشعشعي ساختار S29 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 79

شکل ‏5‑50- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S29 در محدوده مادون قرمز 79

شکل ‏5‑51- خواص تشعشعي ساختار S30 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 80

شکل ‏5‑52- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S30 در محدوده مادون قرمز 80

شکل ‏5‑53- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري تابع هدف در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S32 83

ده

شکل ‏5‑54- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S32 در ناحيه نور مرئي 84

شکل ‏5‑55- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S32 در بازه 0.7-2.4 μm 84

شکل ‏5‑56- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S32 در بازه 4-85 μm 84

شکل ‏5‑57- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S34 85

شکل ‏5‑58- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S34 در ناحيه نور مرئي 85

شکل ‏5‑59- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S34 در بازه 0.7-2.4 μm 86

شکل ‏5‑60- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S34 در بازه 4-85 μm 86

شکل ‏5‑61- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S35 87

شکل ‏5‑62- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S35 در ناحيه نور مرئي 87

شکل ‏5‑63- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S35 در بازه 0.7-2.4 μm 87

شکل ‏5‑64- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S35 در بازه 4-85 μm 88

شکل ‏5‑65- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S37 89

شکل ‏5‑66- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S37 در ناحيه نور مرئي 90

شکل ‏5‑67- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S37 در بازه 0.7-2.4 μm 90

شکل ‏5‑68- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S37 در بازه 4-85 μm 90

شکل ‏5‑69- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري تابع هدف در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S40 91

شکل ‏5‑70- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S40 در ناحيه نور مرئي 91

شکل ‏5‑71- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S40 در بازه 0.7-2.4 μm 92

شکل ‏5‑72- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S40 در بازه 4-85 μm 92

شکل ‏5‑73- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط تابع هدف در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S42 92

شکل ‏5‑74- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S42 در ناحيه نور مرئي 93

شکل ‏5‑75- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S42 در بازه 0.7-2.4 μm 93

شکل ‏5‑76- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S42 در بازه 4-85 μm 94

شکل ‏5‑77- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري تابع هدف در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S43 94

شکل ‏5‑78- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S43 در ناحيه نور مرئي 95

شکل ‏5‑79- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S43 در بازه 0.7-2.4 μm 95

شکل ‏5‑80- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S43 در بازه 4-85 μm 95

شکل ‏5‑81- ضريب عبور نرمال و نيمکروي يک لايه 5 ميليمتري از BaTiO3 در ناحيه نور مرئي 96

شکل ‏5‑82- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي يک لايه 5 ميليمتري از BaTiO3 در بازه 0.7-2.4 μm 96

شکل ‏5‑83- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي يک لايه 5 ميليمتري از BaTiO3 در بازه 4-85 μm 97

شکل ‏5‑84- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط -Asol در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S44 100

شکل ‏5‑85- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S44 در محدوده تشعشع خورشبد 100

شکل ‏5‑86- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري -Asol در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) منجر به ساختار S51 101

یازده

شکل ‏5‑87- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S51 در محدوده تشعشع خورشبد 101

شکل ‏5‑88- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط -Asol در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) براي محاسبه ضخامت هاي بهينه سلول خورشيدي لايه نازک GaAs/Si 102

شکل ‏5‑89- نمودار بهترين مقدار و مقدار جاري -Asol در هر تکرار (الگوريتم عمليات حرارتي شبيه سازي شده) براي محاسبه ضخامت هاي بهينه سلول خورشيدي لايه نازک CdTe/Ge 102

شکل ‏5‑90- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط -Rsol در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S64 103

شکل ‏5‑91- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي پوشش S64 در محدوده تشعشع خورشبد 103

شکل ‏5‑92- نمودار بهترين مقدار و مقدار متوسط -Tsol در هر نسل (الگوريتم ژنتيک) منجر به ساختار S65 104

شکل ‏5‑93- ضريب عبور نرمال و نيمکروي پوشش S65 در محدوده تشعشع خورشبد 104

شکل پ1‑‏1- برخورد يک پرتو با پلاريزاسيون s به يک سطح 116

شکل پ1-‏2 – برخورد يک پرتو با پلاريزاسيون p به يک سطح 119

شکل پ1‑‏3- يک ساختار متشکل از N-2 لايه نازک. 123

شکل پ2‑‏1- خواص تشعشعي ساختار S1 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 130

شکل پ2‑‏2- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S1 در محدوده تشعشع خورشيد 131

شکل پ2‑‏3- خواص تشعشعي ساختار S1 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 131

شکل پ2‑‏4- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S1 در محدوده مادون قرمز 131

شکل پ2‑‏5- خواص تشعشعي ساختار S2 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 132

شکل پ2‑‏6- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S2 در محدوده تشعشع خورشيد 132

شکل پ2‑‏7- خواص تشعشعي ساختار S2 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 132

شکل پ2‑‏8- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S2 در محدوده مادون قرمز 133

شکل پ2‑‏9- خواص تشعشعي ساختار S3 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 133

شکل پ2‑‏10- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S3 در محدوده تشعشع خورشيد 133

شکل پ2‑‏11- خواص تشعشعي ساختار S3 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 134

شکل پ2‑‏12- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S3 در محدوده مادون قرمز 134

شکل پ2‑‏13- خواص تشعشعي ساختار S4 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 134

شکل پ2‑‏14- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S4 در محدوده تشعشع خورشيد 135

شکل پ2‑‏15- خواص تشعشعي ساختار S4 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 135

شکل پ2‑‏16- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S4 در محدوده مادون قرمز 135

شکل پ2‑‏17- خواص تشعشعي ساختار S5 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 136

شکل پ2‑‏18- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S5 در محدوده تشعشع خورشيد 136

شکل پ2‑‏19- خواص تشعشعي ساختار S5 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 136

شکل پ2‑‏20- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S5 در محدوده مادون قرمز 137

شکل پ2‑‏21- خواص تشعشعي ساختار S6 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 137

شکل پ2‑‏22- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S6 در محدوده تشعشع خورشيد 137

دوازده

شکل پ2‑‏23- خواص تشعشعي ساختار S6 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 138

شکل پ2‑‏24- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S6 در محدوده مادون قرمز 138

شکل پ2‑‏25- خواص تشعشعي ساختار S7 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 138

شکل پ2‑‏26- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S7 در محدوده تشعشع خورشيد 139

شکل پ2‑‏27- خواص تشعشعي ساختار S7 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 139

شکل پ2‑‏28- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S7 در محدوده مادون قرمز 139

شکل پ2‑‏29- خواص تشعشعي ساختار S8 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 140

شکل پ2‑‏30- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S8 در محدوده تشعشع خورشيد 140

شکل پ2‑‏31- خواص تشعشعي ساختار S8 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 140

شکل پ2‑‏32- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S8 در محدوده مادون قرمز 141

شکل پ2‑‏33- خواص تشعشعي ساختار S9 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 141

شکل پ2‑‏34- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S9 در محدوده تشعشع خورشيد 141

شکل پ2‑‏35- خواص تشعشعي ساختار S9 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 142

شکل پ2‑‏36- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S9 در محدوده مادون قرمز 142

شکل پ2‑‏37- خواص تشعشعي ساختار S10 در محدوده تشعشع خورشيد، در جهت نرمال 142

شکل پ2‑‏38- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S10 در محدوده تشعشع خورشيد 143

شکل پ2‑‏39- خواص تشعشعي ساختار S10 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 143

شکل پ2‑‏40- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S10 در محدوده مادون قرمز 143

شکل پ2‑‏41- خواص تشعشعي ساختار S16 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 144

شکل پ2‑‏42- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S16 در محدوده مادون قرمز 144

شکل پ2‑‏43- خواص تشعشعي ساختار S17 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 144

شکل پ2‑‏44- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S17 در محدوده مادون قرمز 145

شکل پ2‑‏45- خواص تشعشعي ساختار S19 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 145

شکل پ2‑‏46- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S19 در محدوده مادون قرمز 145

شکل پ2‑‏47- خواص تشعشعي ساختار S20 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 146

شکل پ2‑‏48- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S20 در محدوده مادون قرمز 146

شکل پ2‑‏49- خواص تشعشعي ساختار S22 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 146

شکل پ2‑‏50- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S22 در محدوده مادون قرمز 147

شکل پ2‑‏51- خواص تشعشعي ساختار S23 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 147

شکل پ2‑‏52- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S23 در محدوده مادون قرمز 147

شکل پ2‑‏53- خواص تشعشعي ساختار S24 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 148

شکل پ2‑‏54- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S24 در محدوده مادون قرمز 148

سیزده

شکل پ2‑‏55- خواص تشعشعي ساختار S26 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 148

شکل پ2‑‏56- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S26 در محدوده مادون قرمز 149

شکل پ2‑‏57- خواص تشعشعي ساختار S27 در محدوده مادون قرمز، در جهت نرمال 149

شکل پ2‑‏58- خواص تشعشعي نيمکروي ساختار S27 در محدوده مادون قرمز 149

شکل پ2‑‏59- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S31 در ناحيه نور مرئي 150

شکل پ2‑‏60- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S31 در بازه 0.7-2.4 μm 150

شکل پ2‑‏61- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S31 در بازه 4-85 μm 150

شکل پ2‑‏62- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S33 در ناحيه نور مرئي 151

شکل پ2‑‏63- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S33 در بازه 0.7-2.4 μm 151

شکل پ2‑‏64- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S33 در بازه 4-85 μm 151

شکل پ2‑‏65- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S36 در ناحيه نور مرئي 152

شکل پ2‑‏66- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S36 در بازه 0.7-2.4 μm 152

شکل پ2‑‏67- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S36 در بازه 4-85 μm 152

شکل پ2‑‏68- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S38 در ناحيه نور مرئي 153

شکل پ2‑‏69- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S38 در بازه 0.7-2.4 μm 153

شکل پ2‑‏70- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S38 در بازه 4-85 μm 153

شکل پ2‑‏71- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S39 در ناحيه نور مرئي 154

شکل پ2‑‏72- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S39 در بازه 0.7-2.4 μm 154

شکل پ2‑‏73- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S39 در بازه 4-85 μm 154

شکل پ2‑‏74- ضريب عبور نرمال و نيمکروي S41 در ناحيه نور مرئي 155

شکل پ2‑‏75- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S41 در بازه 0.7-2.4 μm 155

شکل پ2‑‏76- ضريب بازتاب نرمال و نيمکروي S41 در بازه 4-85 μm 155

شکل پ2‑‏77- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S45 در محدوده تشعشع خورشبد 156

شکل پ2‑‏78- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S46 در محدوده تشعشع خورشبد 156

شکل پ2‑‏79- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S47 در محدوده تشعشع خورشبد 156

شکل پ2‑‏80- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S48 در محدوده تشعشع خورشبد 157

شکل پ2‑‏81- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S49 در محدوده تشعشع خورشبد 157

شکل پ2‑‏82- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S50 در محدوده تشعشع خورشبد 157

شکل پ2‑‏83- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S52 در محدوده تشعشع خورشبد 158

شکل پ2‑‏84- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S53 در محدوده تشعشع خورشبد 158

شکل پ2‑‏85- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S54 در محدوده تشعشع خورشبد 158

شکل پ2‑‏86- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S55 در محدوده تشعشع خورشبد 159

شکل پ2‑‏87- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S56 در محدوده تشعشع خورشبد 159

شکل پ2‑‏88- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S57 در محدوده تشعشع خورشبد 159

شکل پ2‑‏89- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S58 در محدوده تشعشع خورشبد 160

شکل پ2‑‏90- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S59 در محدوده تشعشع خورشبد 160

چهارده

شکل پ2‑‏91- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S60 در محدوده تشعشع خورشبد 160

شکل پ2‑‏92- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S61 در محدوده تشعشع خورشبد 161

شکل پ2‑‏93- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S62 در محدوده تشعشع خورشبد 161

شکل پ2‑‏94- ضريب جذب نرمال و نيمکروي پوشش S63 در محدوده تشعشع خورشبد 161

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول ‏2‑1- مقادير  ،  ، P و ΔT براي سه ساختار 15

جدول ‏2‑2- خواص تشعشعي اندازه گيري شده يک فويل پلي اتيلن به ضخامت 50 μm با استفاده از پوشش ها و رنگدانه هاي مختلف توسط دابسون و همکاران 16

جدول ‏2‑3- خواص تشعشعي متوسط يک لايه نازک CdTe به ضخامت 9.7 μm  روي لايه 1 ميليمتري سيليکون ، اندازه گيري شده توسط بن لتار و همکاران 17

جدول ‏2‑4- خواص تشعشعي متوسط يک لايه نازک CdS به ضخامت 1 mm ، اندازه گيري شده توسط بن لتار و همکاران 18

جدول ‏2‑5- خواص تشعشعي متوسط ساختار شيشه ، فولاد زنگ نزن و قلع ، اندازه گيري شده توسط مهيب و همکاران 18

جدول ‏2‑6- خواص تشعشعي متوسط ساختار WO3/Au/WO3 اندازه گيري شده توسط الکهيلي و همکاران 21

جدول ‏5‑1- پوشش هاي بهينه خنک کاري در روز 54

جدول ‏5‑2- خواص تشعشعي پوشش هاي بهينه خنک کاري در روز در جهت نرمال 54

جدول ‏5‑3- خواص تشعشعي نيمکروي پوشش هاي بهينه خنک کاري در روز 55

جدول ‏5‑4- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و اختلاف دماي پوشش و محيط براي پوشش هاي بهينه خنک کاري در روز با فرض شار تشعشعي نرمال 55

جدول ‏5‑5- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و اختلاف دماي پوشش و محيط براي پوشش هاي بهينه خنک کاري در روز با فرض شار تشعشعي ديفيوز 56

جدول ‏5‑6- حد اکثر اختلاف دماي منطقه خنک کاري و محيط در روز و شب با فرض ε=1 67

جدول ‏5‑7- پوششهاي بهينه خنک کاري در شب 68

جدول ‏5‑8- خواص تشعشعي پوشش هاي بهينه خنک کاري در شب در جهت نرمال 69

جدول ‏5‑9- خواص نيمکروي تشعشعي پوشش هاي بهينه خنک کاري در شب 69

جدول ‏5‑10- توان خنک کاري (برحسب W/m2) پوشش هاي بهينه خنک کاري در شب براي شار نرمال و ديفيوز 70

جدول ‏5‑11- حد اکثر اختلاف دماي منطقه خنک کاري و محيط در شب با فرض ε=1 75

جدول ‏5‑12- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و خواص تشعشعي ميانگين با فرض شار تشعشعي نرمال 76

جدول ‏5‑13- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و خواص تشعشعي ميانگين با فرض شار تشعشعي ديفيوز 76

جدول ‏5‑14- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و خواص تشعشعي ميانگين با فرض شار تشعشعي نرمال 80

جدول ‏5‑15- توان خنک کاري (برحسب W/m2) و خواص تشعشعي ميانگين با فرض شار تشعشعي ديفيوز 81

جدول ‏5‑16- حد اکثر اختلاف دماي منطقه خنک کاري و محيط در شب با فرض ε=1 81

جدول ‏5‑17- ساختارهاي بهينه SiO2 82

جدول ‏5‑18- Tvis ،R0.7-2.4  و R4-85 ساختارهاي بهينه SiO2 در جهت نرمال 82

جدول ‏5‑19- Tvis ،R0.7-2.4  و R4-85 نيمکروي ساختارهاي بهينه SiO2 83

شانزده

جدول ‏5‑20- ساختارهاي بهينه BaTiO3 88

جدول ‏5‑21- Tvis ،R0.7-2.4  و R4-85 ساختارهاي بهينه BaTiO3 در جهت نرمال 89

جدول ‏5‑22- Tvis،R0.7-2.4  و R4-85 نيمکروي ساختارهاي بهينه BaTiO3 89

جدول ‏5‑23- پوشش هاي بهينه با ضريب جذب بالا 98

هفده

جدول ‏5‑24- ضريب جذب نرمال و نيمکروي متوسط هر پوشش. 99

 

فهرست علائم و نمادها

 

 

نمادهاي لاتين

 

علائم يوناني

ضريب جذب متوسط

ضريب جذب

چگالي شار مغناطيسي (Wb/m2)

ضريب عبور

جابه­جايي الکتريکي (C/m2)

ضريب بازتاب

ميدان الکتريکي (V/m)

ضريب گسيل

ميدان مغناطيسي (A/m)

طول موج ()

چگالي جريان الکتريکي (A/m2)

رسانايي الکتريکي (A/Vm)

ضريب جذب متوسط

ضريب استهلاک

بردار پويينتينگ (W/m2)

زاويه­ (rad)

ضريب عبور متوسط

فرکانس زاويه­اي (rad/s)

سرعت نور (m/s)

فاز

ضخامت هر لايه (nm)

ضريب عبور داخلي

ضريب جابه­جايي (W/m2K)

تغيير فاز

بردار موج (1/m)

چگالي بار (C/m3)

ضريب شکست

ضريب گذردهي (F/m)

شار حرارتي (W/m2)

ضريب تراوايي (N/A2)

بردار مکان (m)

 

زيرنويس

زمان (s)

s

پلاريزاسيون s

توان خنک­کاري (W/m2)

p

پلاريزاسيون p

مقاومت حرارتي (m2K/W)

unpolarized

بدون پلاريزاسيون

دماي پوشش (ºC)

hemispherical

نيم­کروي

دماي منطقه­ي خنک­کاري (ºC)

sol

محدوده­ي تشعشع خورشيد

دماي محيط (ºC)

محدوده­ي نور مرئي

vis

چکيده

پوشش با لايه­هاي نازک نقش بسيار مهمي در صنايع نيم رسانا ها و تجهيزات ميکروالکترومکانيک و نانوالکترومکانيک دارد. با اضافه کردن يک لايه­ نازک به سطح به علت تداخل امواج الکترومغناطيسي، خواص تشعشعي سطح کاملا متفاوت خواهد بود. در اين پروژه با استفاده از روش­هاي الکترومغناطيسي، خواص تشعشعي يک ساختار چندلايه­ نازک محاسبه مي­شود و با استفاده از الگوريتم ژنتيک و عمليات حرارتي شبيه­سازي شده، خواص چنين ساختاري با تغيير جنس و ضخامت لايه­ها با توجه به مسائل کاربردي بهينه­سازي مي­شود.

يکي از مسائل مورد بررسي در اين پروژه خنک­کاري تشعشعي است. مشخص شده که در صورتيکه رطوبت بالا نباشد جو زمين در بازه­ 8 تا 13 ميکرومتر به صورت يک چاه حرارتي عمل مي­کند و درنتيجه در صورت استفاده ازيک پوشش انتخابگر، به گونه­اي که تبادل انرژي را به اين بازه محدود کند مي­توان بدون مصرف انرژي خنک­کاري انجام داد. استفاده از پوشش­هايي که امکان خنک­کاري تحت تابش مستقيم نور خورشيد را مهيا کنند تا کنون به صورت يک چالش باقي مانده است. در اين پروژه تعدادي پوشش معرفي شده، که به کمک آن­ها امکان خنک­کاري جزئي در حد 2 تا 3 درجه­ي سانتيگراد، تحت تابش مستقيم نور خورشيد وجود دارد. همچنين تعداد زيادي پوشش بهينه براي خنک­کاري در شب معرفي شده است. به علاوه ايده­ي استفاده از پتاسيم برومايد پوشش­داده شده از دو طرف به عنوان يک پوشش بسيار مناسب براي خنک­کاري در شب براي اولين بار مطرح شده است. افت دما با استفاده از چنين پوششي حدود 123% افزايش خواهد داشت.

همچنين ساختارهاي بهينه جهت کاربرد به عنوان آينه­ حرارتي معرفي شده است. ضمن اينکه BaTiO3 به عنوان يک آينه­ حرارتي بسيار مناسب، براي اولين بار مورد بررسي قرار گرفته است.

کلمات کليدي: انتقال حرارت، لايه­هاي نازک، انتقال حرارت تشعشعي در ابعاد نانو، خواص تشعشعي، خنک­کاري تشعشعي، آينه­هاي حرارتي، بهينه­سازي

1-1  پيشگفتار

با توجه به کاربردهاي وسيع لايه­هاي نازک، استفاده از اين تکنولوژي در بسياري از ادوات  اپتيکي، الکترونيکي و تجهيزات مربوط به انرژي خورشيدي متداول شده­است. از طرفي، اطلاع از خواص تشعشعي ساختارهاي چندلايه[1] شامل لايه­هاي نازک، در بسياري از کاربردهاي عملي مانند فرايندهاي گرمايي سريع[2] (RTP) [1و2] و سلول­هاي خورشيدي حائز اهميت کليدي مي­باشد. يافتن ضخامت بهينه­ لايه­ها جهت دستيابي به خواص تشعشعي مورد نظر، کاربردهاي مهمي در تجهيزات خنک­کننده­ تشعشعي[3]، آينه­هاي حرارتي[4]، کلکتورهاي خورشيدي و سلول­هاي خورشيدي دارد، ولي با اين وجود به ندرت مورد بررسي قرار گرفته است.

 

لايه­هاي نازک در کاربردها معمولا به شکل ساختارهاي چندلايه مطابق شکل 1-1 استفاده مي­شوند.

شکل ‏1‑1-  يک ساختار چندلايه

همان­طور که ديده مي­شود يک لايه­ ضخيم(Substrate) با ضخامتي از order ميليمتر وجود دارد که در اطراف آن (يا فقط در يک سمت) لايه­هاي نازک قرار دارند. يکي از ويژگي­هاي مهم اين ساختارها قابل تنظيم بودن خواص تشعشعي آن­ها است. خواص تشعشعي چنين ساختارهايي به عوامل متعددي بستگي دارد که در ادامه ليست مي­شوند[3]:

  • تعداد لايه­ها
  • جنس لايه­ها
  • نحوه­ چينش لايه­ها
  • ضخامت لايه­ها
  • زاويه­ برخورد
  • دماي لايه­ها
  • پلاريزاسيون پرتو برخوردي

با توجه به تغييرات طيفي خواص تشعشعي اين لايه­ها مي­توان با استفاده از ترکيب­هاي متنوع از لايه­هاي مختلف، خواص تشعشعي را در بازه­هاي مختلف طول موج تغيير داد. در نتيجه  در صورتيکه جنس و ضخامت لايه­ها به درستي انتخاب شود، مي­توان به کمک ساختارهاي چندلايه­ نازک به پوشش­هاي انتخابگر متنوع دسترسي پيدا کرد.

تعداد صفحه : 188

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

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.

--  --