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原文传递尾流气泡幕光谱特性研究

论文题名：	尾流气泡幕光谱特性研究
关键词：	船舶航行;尾流气泡幕;光谱特性
摘要：	船舶在航行过程中，螺旋桨扰动周围海水从而形成尾流，尾流中含有大量船舶航行信息，会呈现出与海水本身不同的物理特性。尾流光学特性是尾流物理特性重要组成之一，对尾流光学特性研究具有很高的实用价值，被广泛地运用到多个领域，例如鱼雷自导、海洋探测和海监执法。其中尾流气泡幕的研究是对尾流研究的重点之一，通过对气泡幕光谱特性研究，可以获得更多尾流信息。本文对尾流气泡幕透射光、散射光以及相对辐照度的光谱进行研究与测量，使我们对尾流物理特性有更深刻的了解。论文主要研究内容包括：　　1.利用Mie散射理论，计算了单个气泡以及气泡幕的散射光特性和光学效率因子。对单个气泡的散射光特性进行计算与模拟，包括单气泡体散射光强分布特性和散射光相函数分布特性，并选取0.6328μm与0.532μm两种不同入射光波长，对半径为0.2~0.9μm和1~300μm单气泡散射光强分布进行了对比分析，结果表明单气泡散射光强度随着气泡半径的增大而增强，并有前向集中趋势的规律。　　2.模拟分析了两种入射光波长为0.6328μm、0.532μm情况下气泡幕散射光相函数。模拟结果表明，气泡幕散射光相函数分布曲线在两种入射光波长下都较为平滑，入射光波长对气泡幕散射相函数分布影响较小，分布曲线相似，气泡幕前向散射光强度大于后向散射光强度。并对光学效率因子进行研究，结果表明，在入射光波长一定，气泡与淡水和海水相对折射率不同时，气泡散射系数都随着半径的增大，散射系数越接近2，不同之处为振荡频率不同。　　3.在实验室环境下选用白炽灯为光源建立了透射光光谱探测系统和相对光谱辐照度探测系统，分别进行了气泡幕透射光谱特性和相对光谱辐照度特性实验研究，包括不同测量高度、不同压强、不同气泡幕厚光谱强度测量。实验结果表明，随着气泡幕厚度增加，透射光谱强度下降，相对光谱辐照度下降；随着气压增大，透射光谱强度下降，相对光谱辐照度下降；随着测量深度增加，透射光谱强度增大，相对光谱辐照度增大。　　4.以氦氖激光器为光源，建立了尾流气泡幕前向和后向散射光光谱探测系统，分别研究了不同压强条件下不同散射角度尾流气泡幕前向散射光光强和后向散射光光强的光谱变化。实验结果表明，尾流气泡前向散射光光强以及后向散射光光强随着气压增大，气泡数密度增大，都呈现出减小趋势，气压相同时，前向散射光强度大于后向散射光强度，在光轴近轴处，散射角增大，散射光强度减小，与Mie散射理论模拟结果一致。
作者：	方雪丽
专业：	物理学
导师：	张建生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2023