由弧放电加热纳米粒子之间的热辐射交换

等离子体辐射对粒子加热在涉及带尘等离子体的空间科学以及用于等离子体蒸发沉积、微芯片生产、刻蚀和等离子体聚变等工业工艺中发挥着关键作用。等离子体向纳米尺度粒子传递热量的数值建模包括粒子之间散射热辐射的相互作用——这一效应在先前的研究中被忽略，导致对粒子温度的估计不准确。装有纳米粒子的气体热力学建模不同于典型的多相流，其中假设粒子与周围气体处于热平衡。相反，由辐射加热的纳米粒子温度显著高于当地气体温度。纳米粒子的体积加热方式与宏尺度粒子经历的表面加热方式截然不同。大型粒子加热至更高温度。本研究在粒子半径远小于辐射波长且粒子间距离远大于主导辐射波长的黄 Rayleigh 规模下，对散射热辐射进行数值建模。研究探讨了通过降低气体压力和使用交替稀有气体来减少导热通量的效果。此外，研究还考察了增强弧放热通量的作用。计算结果表明，大型加热纳米粒子的再辐射对于获取粒子准确温度至关重要。这种粒子间热相互作用导致较小粒子温度高于假设粒子热隔离的模型所预测的温度。