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

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک

گرایش :تبدیل انرژی

عنوان : 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

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 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

شش

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 استفاده 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

هفت

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 SiO0.6N0.2/Al/Glass  و بهینه سازی بر اساس ضخامت 13

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

شکل‏2‑10 – 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 (Tamb) و مینیمم دمای ثبت شده (Trad) 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

هشت

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

نه

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

ده

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 -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 ‏5‑86- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری -Asol در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیه سازی شده) منجر به ساختار S51 101

یازده

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

شکل ‏5‑88- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Asol 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 -Asol 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 -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

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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید