火災(zāi)煙顆粒光散射模型的研究.pdf

1、煙霧顆粒是早期火災(zāi)探測的重要特征參量，目前基于顆粒光散射原理的光電感煙探測器正逐漸取代離子感煙探測器。光電感煙探測技術(shù)的迅猛發(fā)展，迫切需要適用于火災(zāi)煙顆粒的光散射模型對其進(jìn)行指導(dǎo)與支撐。 本文從煙顆粒凝團(tuán)的微觀形貌入手，建立各種形貌模型，并基于Maxwell電磁傳播理論，圍繞Stokes散射矩陣，采用T矩陣法全面地分析了煙顆粒的光散射特征。首先根據(jù)“局部法”建立了凝團(tuán)詳細(xì)光散射模型，以凝團(tuán)中各球形主粒子為最小光散射單元，并考慮主

2、粒子間的多次散射。運(yùn)用本文構(gòu)建的煙顆粒凝團(tuán)模擬生成器，基于該散射模型，分析了煙顆粒凝團(tuán)的分形維數(shù)、分形前因子、主粒子個(gè)數(shù)以及折射率對其光散射特征的影響。接著，根據(jù)“整體法”建立了煙顆粒凝團(tuán)的回轉(zhuǎn)橢球模型，針對單個(gè)煙顆粒與對數(shù)正態(tài)分布的煙顆粒群，基于“長圓形”與“扁圓形”回轉(zhuǎn)橢球模型，詳細(xì)分析了煙顆粒的折射率與尺度參數(shù)對其光散射特征的影響。 針對煙顆粒的Stokes散射矩陣，采用電光調(diào)制器、1/4波片、偏振片以及旋轉(zhuǎn)臺等，成功設(shè)計(jì)

3、與搭建了實(shí)驗(yàn)裝置，對煙顆粒散射光的直流、1階諧波與2階諧波分量進(jìn)行測量。通過生煙裝置，對于棉繩陰燃、正庚烷明火與檀香陰燃生成的煙顆粒，分別實(shí)驗(yàn)測量了其Stokes散射矩陣中各元素的角度分布曲線。 實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明，這三種煙顆粒的光散射過程都體現(xiàn)出顯著的非球形效應(yīng)，尤其是兩種陰燃火生成的灰煙顆粒。此外，實(shí)驗(yàn)測量的灰煙顆粒與黑煙顆粒的光散射特征，包括光強(qiáng)分布與偏振等存在多方面的顯著差異。而實(shí)驗(yàn)測量與理論計(jì)算的對比表明，基于回轉(zhuǎn)橢球模