[发明专利]一种基于球叠加模型的非规则粒子形貌表征方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于球叠加模型的非规则粒子形貌表征方法和装置。一具体实施方式包括：针对粗糙表面小粒子，向基球表面随机喷洒小球形成凹凸坑，作为粗糙表面小粒子模型；针对团簇粒子，采用有限扩散凝聚模型生成具有分形特征的点接触团簇结构，作为团簇粒子模型；针对多相粒子，基于球叠加模型建立具有不同孔隙率、孔径、粒子形状和粒子尺寸的多孔粒子，作为多相粒子模型；针对非球形大粒子，在大单元球上添加凸起粒子，大单元球与凸起粒子相互叠加形成组合体，作为非球形大粒子模型。本发明能够有效地处理不同结构类型粒子的形貌参数化特征，从而为粒子的电磁和光学微观散射特性研究提供相应的技术基础。

技术领域

本发明涉及粒子的电磁和光学微观散射特性研究技术领域，尤其涉及一种基于球叠加模型的非规则粒子形貌表征方法和装置。

背景技术

随着光学与电磁波研究技术的深入发展，对微观结构的考虑越来越细致，粒子介质的形貌特性对特性研究结果能够产生直接影响。由于粒子形成原因的复杂性，其表面形态往往处于多种复杂结构，通常处于粗糙粒子、团簇粒子、多孔粒子、非球形大粒子等形态结构，从而造成辐射散射各向异性的特点。

但是，传统的球形粒子假设已不能满足精细的计算需求，需要较为精细的模拟其表面的非规则形貌。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：传统的球形粒子假设已不能满足精细的计算需求。针对现有技术中的缺陷，提供一种基于球叠加模型的非规则粒子形貌表征方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于球叠加模型的非规则粒子形貌表征方法，包括：

步骤一、确定非规则粒子的类型；其中，该类型包括粗糙表面小粒子、团簇粒子、多相粒子、非球形大粒子；

步骤二、若非规则粒子的类型为粗糙表面小粒子，则先建立一个基球；再向基球表面随机喷洒小球，以形成凹凸坑；将表面带有凹凸坑的基球作为粗糙表面小粒子模型；

步骤三、若非规则粒子的类型为团簇粒子，则将多个团簇单体以点接触的形式构造出非球形粒子模型；基于非球形粒子模型采用有限扩散凝聚模型生成具有分形特征的点接触团簇结构；将点接触团簇结构作为团簇粒子模型；

步骤四、若非规则粒子的类型为多相粒子，则基于球叠加模型建立具有不同孔隙率、孔径、粒子形状和粒子尺寸的多孔粒子；将多孔粒子作为多相粒子模型；其中，多相粒子模型是多孔集中模型、多孔分散模型或凹坑表面模型；

步骤五、若非规则粒子的类型为非球形大粒子，则先建立一个大单元球；再在大单元球上添加凸起粒子；大单元球与凸起粒子相互叠加形成组合体；将组合体作为非球形大粒子模型。

可选地，步骤二还包括：

S1.建立一个半径尺寸为R的基球，并生成相应基球表面；其中，基球表面的参数公式为x²+y²+z²＝R²；

S2.随机产生[50,200]之间的整数N，生成N个小球；其中，针对每个小球，随机产生之间的浮点数，以浮点数作为小球的半径尺寸；随机产生[0,1]之间的整数，若生成0则表示该小球内嵌于基球表面，若生成1则表示该小球外凸于基球表面；随机产生[0,1]之间的浮点数，采用余弦定理确定小球的中心在基球表面所处位置的天顶角θ；以及，随机产生[-1,1]之间的浮点数，采用余弦定理确定小球的中心在基球表面所处位置的圆周角

S3.向基球表面随机喷洒N个小球。

可选地，步骤三还包括：

S1.确定团簇单体数目N_p、原始半径R_p、连接球因子η和等重叠率μ的参数值；

S2.将N_p个团簇单体以点接触的形式构造出非球形粒子模型；