混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

基于移动观测的城市机动车氨排放特征研究

氨(NH3)在城市细颗粒物(PM_(2.5))的形成中起重要作用,机动车是其重要来源之一.本文利用移动式走航测量方法,在上海市开展了为期8 d的实际道路NH3排放移动走航观测,获得了道路机动车NH3排放及分布特征.结果表明:①去除污染物背景数据后,实际道路机动车的ΔNH_(3)/ΔCO_(2)(NH_(3)与CO_(2)排放量之比,下同)为0.44×10^(−3),不同类型交通区存在显著差异,港区道路与中心城区道路机动车的ΔNH_(3)/ΔCO_(2)均较高,而高速公路相对较低.②交通条件对实际道路机动车的NH3排放量具有重要影响,道路拥堵状态下机动车低速行进时的ΔNH_(3)/ΔCO_(2)是道路通畅时高速行进状态下的2~3倍.③第四届中国国际进口博览会(2021年11月5-10日)期间,在重点拥堵路段实施的交通管制措施对削减机动车NH3排放具有积极作用.研究显示,交通条件是城市机动车NH3排放的重要影响因素之一.

低压开关柜一次接插件温度实时智能监测系统研制

为降低化工生产过程中因低压开关柜一次接插件无法及时监测温度而导致的爆炸风险,针对低压开关柜一次接插件设计研制了实时智能监测系统。结果表明:智能监测系统可为低压开关柜设备安全监测、检修及维护提供重要依据和参数,提高低压开关柜运行的安全性。

基于TDLAS的燃烧流场速度测量方法

针对高温高速燃烧流场速度测量问题,提出了基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的燃烧流场速度测量方法,设计了以7,185.597,cm-1谱线为吸收中心的交叉光束扫描波长直接吸收光谱技术系统,利用该系统对采用煤油燃烧加热方式的发动机来流系统模拟的高速流场速度进行了测量,获得了交叉光束吸收中心多普勒频移量,据此计算得到模拟来流的流场速度,并将其与一维理论计算值与数值模拟计算值进行对比,相对偏差在10%,以内,验证了基于TDLAS的燃烧流场速度测量结果的有效性.

燃烧与流场在线测量诊断方法研究进展

介绍了上海理工大学颗粒与两相流测量研究所近年来在燃烧和流场在线测量诊断技术方面的研究进展,包括:改进基于光纤光谱仪的火焰辐射温度测量技术,提高火焰温度的测量精度与范围并反演出火焰辐射率及液体燃料组分;辐射与吸收光谱相结合测量脉冲燃烧火焰温度和水蒸气浓度;基于激光诱导荧光法测量喷雾液滴温度;强烟尘水滴干扰条件下基于差分吸收光谱法(DOAS)测量排放污染气体(SO2和NOx)浓度;基于饱和蒸汽原理的光谱法研制汞连续排放监测标准系统;光谱法与图像法结合测量高温物体温度场;基于单帧单曝光图像法测量多相流速度场与粒度分布;基于可调谐半导体激光吸收光谱法(TDLAS)同步测量液态纯水水膜蒸发过程中液态参数(水膜厚度及温度)与气态参数(水膜上方水蒸气的温度)等。

激光光谱法同步测量尿素水溶液液膜厚度与浓度

对尿素水溶液液膜厚度和浓度进行定量分析在工业应用中至关重要,而传统的测量方法只能对液膜厚度和浓度分别进行测量。提出了一种用于尿素水溶液液膜厚度和浓度高精度同步在线测量的新方法。通过灵敏度分析和内部交叉验证,选取了测量精度及灵敏度最高的一对波长组合(7040.75 cm-1与6761.00 cm-1)。由内部交叉验证可知,该方法测量液膜厚度误差小于1.40%,浓度误差小于5.76%。

TDLAS火焰燃烧温度测量方法改进

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）双线温度测量原理，设计了7153．748-7154．354cm。谱线对单激光器TDLAS燃烧温度测量系统，对平面预混火焰燃烧温度进行测量，发现由于吸收较弱、信噪比较低等造成测量结果与热电偶测量结果相对偏差较大。针对这一问题，提出了采用（7185．597-（7444．352＋7444．371））cm^-1双激光器TDLAS系统，并结合增加光程方法来改进原有的温度测量精度。结果表明：采用双激光器可放宽谱线对的选择范围，选择吸收更强的谱线对可以有效提高信噪比，并且结合增加光程，可实现TDLAS温度测量结果与热电偶测量偏差由10％降低到5％。

利用TDLAS技术评估火箭基组合循环发动机试验性能

针对宽范围工作的火箭基组合循环(RBCC)发动机推力、比冲和燃烧效率等性能难以通过关键参数的实时测量直接计算的问题,提出利用可调谐二极管激光器吸收光谱(TDLAS)技术实现发动机燃气温度、H2O组分浓度和速度多参数同时实时在线非接触式激光光谱测量方法,搭建用于RBCC地面试验性能分析的时分复用-扫描波长TDLAS系统。通过试验获得的(7444.352+7444.371)/7185.597cm-1谱线附近吸收光谱,从而得到燃气温度、H2O组分浓度和速度参数,并结合数值模拟方法确定的流场参数纵向分布,实现基于关键参数在线测量的发动机性能直接计算。该方法有助于评判燃烧组织和结构改变对发动机性能的影响。

波长扫描直接吸收光谱法燃烧诊断技术适用情况讨论

针对波长扫描直接吸收光谱法(SDAS)在燃烧诊断应用中受温度与压强等参数影响的问题,采用光谱仿真计算讨论该方法的适用情况,以常用的H2O分子7 185.597cm-1谱线为例,基于HITRAN光谱数据库,对不同温度和压强下分子吸收光谱影响因素进行分析.根据目前二极管激光器调制范围一般在2cm-1以内,得到了燃烧诊断应用中SDAS技术适用的一般原则,并对适用范围的拓展提出了建议.

超声脉冲反射法和激光吸收光谱法同步测量流动液膜厚度

液膜流动现象在工业过程中广泛存在,对流动液膜厚度测量方法的测量研究至关重要。首先利用已知液膜厚度的标准具(100~1000μm)对超声脉冲反射法和激光吸收光谱法精度进行验证;结果表明,超声脉冲反射法测量液膜厚度的平均测量误差为1.07%,激光吸收光谱法测量液膜厚度的平均测量误差为1.29%。同时结合两种方法对流动液膜进行研究,结果表明,当液膜在低速/中速/高速流动时,两种方法测量流动液膜的平均厚度吻合良好,平均厚度差值分别为16.59、16.26、13.36μm,流动液膜厚度的标准方差的相对偏差分别为0.29%、7.71%、25.37%,且在三种不同速度下两种方法测得在1s的周期内液膜波动次数一致。

基于表面增强拉曼光谱的冠心病前瞻性诊断方法研究

前期研究表明血小板衍生生长因子-BB(platelet-derived growth factor-BB,PDGF-BB)与冠心病关系密切,本文基于表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)方法,结合PDGF-BB拉曼频移为1 509 cm^(-1)的拉曼特征峰,对60例冠心病患者,其中包括20例行皮冠状动脉介入治疗术(percutaneous coronary intervention,PCI)病人与40例未行PCI病人的尿液样本以及18例健康人尿液样本进行分析。结果显示:行PCI病人的尿液样本SERS光谱中可以检测到1 509 cm^(-1)的拉曼特征峰;而在健康人与大多数未行PCI病人的尿液SERS光谱中则检测不到。与临床资料对比发现,尿液SERS光谱与冠状动脉造影技术在判断心血管堵塞程度是否达到70%以上吻合度较高。基于表面增强拉曼光谱的冠心病检测方法有望发展为一种无创的冠心病前瞻性诊断工具,对于冠心病疑似病例是否需要行PCI提供可靠的临床诊断依据。

能源与动力工程专业实践创新能力培养探究

随着我国经济发展水平的不断提高,素质教育改革深入开展,传统的教学方式对理论学习过于关注,忽视了学生实践能力的培养。而随着我国能源战略的进一步实施与贯彻,社会对能源动力工程专业人才培养更加重视。为此,培养能源动力工程专业实践创新能力势在必行。

药物对基于SERS技术的尿液中PDGF-BB检测影响研究

本文旨在研究基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测尿液中血小板衍生生长因子(PDGF-BB)从而对冠状动脉堵塞程度进行快速无损诊断的方法是否同样适用于长期服用药物(阿司匹林、瑞舒伐他汀或硫酸氢氯吡格雷)的冠心病患者或行经皮冠状动脉介入手术(PCI术)后病人的冠状动脉堵塞程度检测。首先基于该方法对13例长期服用药物(阿司匹林、瑞舒伐他汀或硫酸氢氯吡格雷)的冠心病患者和13例行PCI术后病人的尿液样本进行检测,发现其SERS光谱中均无PDGF-BB位于1 509 cm^(-1)的拉曼特征峰。然后进一步分析PDGFBB水溶液与三种药物的SERS光谱,也均未发现1 509 cm^(-1)的拉曼特征峰。结果表明,这三种药物均对PDGFBB的SERS信号产生了影响,可见该方法并不适用于长期服用药物的冠心病患者或行PCI病人术后的冠状动脉堵塞程度的检测。

基于激光光谱法的尿素水溶液液膜多参数测量

在选择性催化还原(SCR)系统中,对尿素水溶液液膜多个参数(厚度、浓度及温度)进行高精度的定量分析,对减少液膜形成、提高SCR系统的催化反应效率、降低NO_x对环境的污染至关重要。基于比尔-朗伯定律,通过结合1420 nm和1488 nm两个波长的半导体激光器,提出一种恒温度条件下尿素水溶液液膜厚度和浓度同步测量,以及恒浓度条件下尿素水溶液液膜厚度和温度同步测量的新方法。并在此基础上,利用标准具验证了该方法的测量精度。结果表明恒温度条件下,该方法同步测量尿素水溶液液膜厚度和浓度的平均测量误差分别为0.82%和3.93%;恒浓度条件下,同步测量尿素水溶液液膜厚度和温度的平均测量误差分别为0.79%和2.58%。

长光程消光在线测量油雾过滤器的过滤效率

为测量油雾过滤器的过滤效率,提出一种长光程低体积分数颗粒消光测量方法,根据过滤前、后的油雾颗粒粒径和体积分数评估油雾过滤器的过滤效率.设计了油雾发生器模拟装置以及测量区域光路多次折返装置,以在线测量油雾颗粒的粒径和体积分数.经标定,测量区域光程为2 000mm.使用消光光谱技术反演计算得到油雾颗粒的粒径分布和体积分数.实验测得过滤后的油雾颗粒平均粒径D32=0.28μm,体积分数φ=1.5×10-8,并推算出该油雾过滤器的过滤效率为93.15%.结果表明:长光程消光法测量装置适用于测量细微颗粒(如油雾颗粒)的粒径和体积分数,可以用于高效过滤器性能检测和评估.

“燃烧学(全英)”课程思政教学中的改革与实践

"燃烧学(全英)"是上海理工大学能源与动力工程专业本科生的专业核心课程。本文浅谈了如何有效地在该课程中融入课程思政教育,在教学实践中探索和发展思政教育,领悟其意义,体会课程思政教育教学的价值和作用,确保学生既能领略该课程学习的核心内容,又能够实现自身的价值,培养"工程型、创新性、国际化"的能源动力类人才。

激光光谱法尿素水溶液液膜多参数同步测量

对溶液液膜温度、厚度和浓度进行定量分析对与之相关的工业过程至关重要,对其机理的研究中它们互相耦合,而传统的测量方法只能实现液膜的温度、厚度和浓度的单独测量。本文基于比尔-朗伯定律,提出一种尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度同步测量新方法,通过结合3个波长1 420、1 488和1 531 nm的激光,建立了尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度的同步反演模型。在此基础上,利用1 mm温控样品池验证了该方法的测量精度,结果表明,该方法测量尿素水溶液液膜厚度的平均误差为0.51%,液膜温度的平均误差为2.59%,液膜浓度的平均误差为6.32%。

单波长溶液液膜厚度测量方法

提出基于朗伯-比尔定律的未知质量分数尿素水溶液液膜厚度测量方法,选取尿素水溶液吸收率对质量分数的变化率为0的波数位置(6 613.25 cm^(-1)),研制单波长半导体激光吸收光谱(DLAS)尿素水溶液液膜厚度测量系统。通过溶液液膜厚度可调(0~1 mm)的标准具对该方法测量精度进行验证。利用研制的单波长DLAS液膜测量系统对常温下水平透明石英玻璃板上的尿素水溶液液膜蒸发过程进行研究。研究结果表明:尿素水溶液液膜厚度测量平均相对误差约为1.50%,3次重复性实验厚度标准偏差小于24.68μm。在液膜蒸发初期,液膜厚度随时间的变化率很大;在蒸发阶段中期,液膜蒸发速率趋于稳定;但在蒸发阶段后期,剧烈的光束转向现象造成了强烈的数据波动。

浅谈德国高等教育的特点

德国作为欧洲的工业强国,因其具有完善的教育制度,近年来成为了中国留学生选择的热门国家。本文就德国高等学校的入学形式、院校分类、教学形式、考试形式、毕业率及学生日常生活等各方面讨论分析了德国高等教育的特点。

发散光束对消光法颗粒粒径测量影响

采用蒙特卡罗方法模拟光子在散射介质中传输的物理过程,研究发散光束对消光法粒径测量的影响。将平行入射光条件下数值结果与Lambert-Beer模型进行对比验证,分析了入射光发散角变化对消光光谱的影响。搭建基于发散光束的消光实验平台,分别在入射光平行和发散条件下测得三种聚苯乙烯乳胶球标准颗粒消光光谱,其与蒙特卡罗模拟结果变化趋势基本一致。数值和实验消光谱的粒径反演结果表明:随发散角增大,测得粒径与标称值误差越大,发散角为5°时粒径的反演误差均在4.62%以内,但发散角为20°时标称粒径0.2、0.8、2.88μm的颗粒样品测量误差分别为4.25%、12.75%、-9.55%。进行误差修正,通过蒙特卡罗方法建立的发散光束数值模型构造系数矩阵,对粒径0.8μm的颗粒在发散角为5~20°的实验消光谱反演,误差在2.00%以内。