用超声衰减谱测量层状双金属氢氧化物粒度分布的方法

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种性能优良的非贵金属电催化剂,在提高析氧反应速率、降低制氢成本等方面具备巨大优势,其粒度大小直接影响催化活性位点的有效暴露面积和本征结构,很大程度上决定了LDHs电催化析氧反应的活性时间和催化效率.因此,实现对LDHs粒度分布的在线检测对LDHs的合成控制与活性提升具有重要意义.根据LDHs粒度小、形貌特殊的特点,本文建立了一种基于超声衰减谱在线测量其在悬浮体系中粒度分布(PSD)的方法,该方法在LDHs粒度表征领域的应用尚属首次.利用超声衰减谱法对LDHs悬浮体系粒度分布进行测量的最大难点是传统ECAH模型需要首先已知难以获得的体系分散相和连续相的物性参数.本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立了预测模型,并引入遗传算法(GA)对模型进行优化,解决了超声衰减谱法的难点,通过CoFeAl-LDH悬浮体系进行了验证.结果表明,PCA-GA-BP神经网络能有效对LDHs在悬浮体系中的粒度分布进行在线预测,预测值与真实值的峰形重合度高,峰高偏差小,两者的均方误差MSE为0.1497,模型拟合优度R2=0.9768,说明该方法可作为在线测量LDHs粒度分布的有效方式.

高频宽带超声衰减谱表征纳米颗粒粒度的方法

为研究纳米颗粒粒度的表征,在'长波长'条件下,通过提高超声波频率、增加频带宽度以及提高纳米颗粒悬浊液中超声波检测的稳定性等技术手段,实现了纳米级颗粒粒度分布的准确测量。实验中,采用中心频率50MHz宽频超声换能器,通过缓冲块内一次回波校验和变声程方法,以体积分数0.5%的纳米银-水悬浊液为验证性测量对象,获得了频率为25～62MHz的宽带声衰减谱。粒度反演过程中,采用McClements&BLBL理论模型结合最优正则化算法,将实测声衰减谱进行反演计算获得了纳米银颗粒的粒度分布,并证实了在50MHz频率下的理论测量下限可以达到5nm。与CPS离心沉降纳米颗粒测量仪、TEM图像等结果相比较,表明超声衰减谱法测量纳米颗粒的结果是可信的。

超声衰减谱法颗粒粒径测量中遗传算法参数优化

在超声衰减谱法测量颗粒粒径分布的反问题求解中,反演算法至关重要,遗传算法作为一种全局最优化算法,其参数优化对于颗粒粒径分布反演效果极其关键.从最大代数、种群尺度、交叉和变异概率等参数优化角度,对于服从3种典型分布函数的颗粒系进行数值模拟.研究发现,当最大代数为300、种群尺度为60、交叉概率范围为0.4~0.85、变异概率为0.045~0.08时,获得的反演结果与设定值较吻合.在此优化参数下的数值算例和对两种玻璃微珠-甘油悬浮液样品的实验超声衰减谱反演,进一步验证了此优化参数下遗传算法具有较好的稳定性和抗噪性.

超声衰减谱法测量泥沙粒度分布

利用超声衰减谱的测量,可以获得泥沙中颗粒粒度分布信息。采用超声耦合相模型和Bouguer-Lambert-Beer-Law散射模型的叠加描述河流泥沙中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2MHZ至7MHZ间泥沙声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了体积浓度4.5%,12.4%,15.8%下泥沙的颗粒粒度分布。结果表明,超声衰减谱法能在体积浓度直至15.8%的高浓度条件下获得泥沙颗粒粒度分布,并且测量得到的平均粒度受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与光学图像法测量结果相比较,两种测量方法得到的结果较为吻合。

水电厂汽轮机油颗粒度的超声衰减谱法研究

在湖南洪江水力发电厂2号机组检修中,采用超声衰减谱法对轴承油系统和调速器系统的汽轮机油的颗粒度进行了分析。结果表明,调速器系统中汽轮机油的颗粒度小于轴承油系统的;从粒径分布可知,调速器系统的油质符合要求,而对于轴承系统中重力油箱需考虑更换过滤器、轴承油箱需排油清污及清理管路等。与显微镜法测量结果对比,在某一范围内,观测颗粒度占比不同,显微镜法的颗粒度不够连续,而超声衰减谱法测量结果误差较小,更符合实际情况。

超声衰减谱测量电池浆料的粒度分布

电池浆料中颗粒状活性物质的粒度大小和分散均匀性对电池的内阻、电压、局部表面电流和总极化程度等性能有直接影响,实现对其的在线实时测量对电池的质量控制具有重要意义.基于电池浆料的高固含量、高黏度和低透光性的特点,本文利用超声衰减谱的方式测量了其粒度分布(PSD).应用于电池浆料的粒度分布测量的最大难点是其利用超声衰减谱法预测粒度分布的模型需要难以获得的分散相和连续相的物性参数.本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立预测模型解决了超声衰减谱法的难点,并引入遗传算法(GA)优化BP神经网络的初始阈值和权值.通过以LiCoO_(2)为活性物质的电池浆料进行了验证,结果表明,PCA-GA-BP神经网络能够有效对不同固含量电池浆料的粒度分布进行预测,预测值与真实值的峰形重合度高,峰高偏差小,两者的均方误差为0.1358,拟合度(R^(2))为0.9816,说明超声衰减谱法可作为测量电池浆料粒度分布的重要方式.

纳米ATO颗粒粒度分布的脉冲超声波测量研究

讨论了脉冲超声波测量纳米ATO颗粒粒度分布方法中的3个步骤,即超声波衰减谱测量、严格数学模型的选型以及颗粒粒度分布的反演计算。通过发射脉冲超声波并利用变声程方法测量25℃时2%(体积分数)的纳米ATO-H2O分散液的超声衰减谱;选取McClements理论模型叠加BLBL理论模型共同描述纳米ATO颗粒分散液中的超声衰减现象;采用最优正则优化反演算法反演得到纳米ATO颗粒的粒度分布以及平均粒径。脉冲超声法检测结果显示,纳米ATO颗粒的平均粒径为25.6nm,粒度分布为11.4～47.1nm,CPS离心沉降纳米粒度分析仪测定结果分别为22.1nm和10.1～62.6nm。脉冲超声法检测结果与透射电镜图像以及离心沉降纳米粒度分析仪检测结果吻合较好,证明了脉冲超声波测量纳米颗粒粒度分布以及平均粒径的可行性与可靠性。

基于中低频超声波的纳米颗粒粒径测量

以ECAH理论模型为基础研究了基于中低频超声波测量纳米TiO2颗粒在分散液中平均粒径及粒径分布的测量理论和试验方法,通过建立起纳米颗粒粒径分布与超声衰减谱之间的关系,利用最优正则优化算法反演得到纳米颗粒的粒径分布。结果表明:该方法的测量结果与透射电镜图像测量以及高速离心沉降纳米粒径分析仪的测量结果吻合较好,表明了该方法测量纳米颗粒粒径分布的可行性与可靠性。

矩形窄通道中气液混合物超声颗粒检测实验与分析

本文以去离子水为工质,将超声颗粒检测系统应用于两相流传热过程,利用超声衰减谱法对垂直矩形窄通道中流动沸腾气液两相流进行了测量,通过理论模型和反演算法分别得到质量流量2.22 kg/(m^2·s)、2.86 kg/(m^2·s)和3.49 kg/(m^2·s)下的超声衰减谱及矩形窄通道出口处的气泡尺寸分布和含气率(干度)。实验结果表明:一定质量流量下,随着加热功率的增大,同一超声频率下的超声衰减系数增大,D50值增大,尺寸分布变宽;同一工况下,随着质量流量的增大,D50值减小,尺寸分布高度增大,带宽减小;超声检测系统测量的干度较理论值偏大,干度较小时,偏差较小,比较适用;干度增大,偏差增大,需要适当调整模型。

高浓度纳米颗粒悬浮液粒径的超声在线测量方法研究

为研究高浓度纳米颗粒悬浮液的粒径分布表征,引入超声谱高浓度颗粒粒径测量理论(核壳模型),同时搭建了一套超声法高浓度悬浮液粒径测量实验装置,并进行理论模型的实验验证,测得体积浓度为10%至30%的纳米铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxides,ITO)水性悬浮液的超声衰减,通过数据反演技术最终获取样品的颗粒粒径分布。结果表明:高浓度纳米颗粒悬浮液中声衰减系数随浓度增加但偏离线性递增趋势,与核壳模型数值模拟更接近。同时,粒径反演的结果与高速离心沉降法也较为吻合。

超声法纳米颗粒悬浮液粒径测量中温度影响的实验研究

针对医药、化工领域高浓度纳米悬浮液颗粒粒径超声检测中温度影响,采用超声衰减谱法(UAS)对体积浓度30%的纳米铟锡金属氧化物(ITO)水性悬浮液在循环流速800 r/min,温度298～358 K时颗粒粒径分布进行实验。结果表明:温度升高,超声幅值A减小,超声衰减系数增大,颗粒中位径D50增大,颗粒系分布曲线整体朝大颗粒方向偏移,但是分布宽度保持稳定的趋势。同时,将室温(298K)测量结果与CPS离心沉降颗粒测量仪对比,结果较吻合。通过线性回归的方法修正温度对测量结果的影响,超声衰减法能够应用于358K的高温下高浓度纳米颗粒检测。

基于激光超声的带钢晶粒尺寸在线检测系统

金属板带晶粒尺寸在线检测技术是实现板带材组织性能在线实时闭环控制的关键技术,是提高金属板带生产质量的重要手段。激光超声技术是目前最有可能实现金属板带晶粒尺寸在线无损检测的技术手段。介绍了基于激光超声技术的晶粒尺寸的检测,阐述了基于超声衰减谱的晶粒尺寸预测模型,设计了实验室环境下满足运动板带检测要求的激光超声系统,研究了板带运动速度,面外抖动对晶粒尺寸准确度的影响。结果表明,抖动幅度在±7.2 mm内,移动速度控制在20 mm/s,超声检测系统信号稳定,为生产过程中带钢晶粒尺寸的在线检测提供了基础。

基于加权非负最小二乘的颗粒粒径反演方法研究

针对超声衰减谱法的颗粒粒径测量,为减小实验超声衰减谱的测量误差对反演结果的影响,提出了一种基于最优正则化的加权非负最小二乘OrtWtls反演算法。基于McClements和BLBL模型预测,引入加权矩阵对衰减谱粗大误差进行修正。结果表明,信噪比分别为10 dB和20 dB含噪超声衰减谱反演得到的粒径分布体积中位径与设定直径的相对误差小于5%,且多次测量的标准差小于1μm。用提出的OrtWtls算法对质量浓度为10%和20%的石灰石浆液实验超声衰减谱进行反演计算,与图像法的相对误差分别为7.71%和9.64%,证明了OrtWtls算法求解颗粒粒径分布的可行性。

金属材料的超声衰减特征及辨识的新方法

利用超声技术研究了辨识金属材料的方法.以成分相近、热处理温度相同和成分相同但热处理温度不同的多个金属材料为例,计算了金属材料对不同频率超声波的衰减系数,分析了同一频率下采样率对超声衰减谱稳定性的影响,研究了金属材料的微观组织对超声衰减的影响.结果表明,采样率越高,衰减谱的多次实验计算越趋于稳定;金属材料的超声衰减谱与其微观组织结构密切相关,其携带有金属材料的微观组织特征信息;利用金属间超声衰减谱相关系数可辨识金属材料,对贵重金属、金属文物等的防伪与辨识提供了一定的参考依据.

泡状流中含气率和气泡尺寸分布的超声非接触测量方法

搭建了一套超声法非接触测量装置,用于循环系统中气液两相泡状流含气率和气泡尺寸在线测量。针对截面为20 mm×3 mm垂直矩形窄通道出口,在常压、入口温度313 K的过冷条件,利用UAS(超声衰减谱法)对水流动沸腾引起的垂直上升气液两相泡状流含气率和气泡尺寸分布进行测量,分析了加热功率和质量流量对泡状流含气率和气泡尺寸及其分布的影响。实验结果表明:质量流量一定时,随着加热功率升高,气泡中位径D50增大,尺寸分布增宽,气液两相流含气率增大;在工况大致相当(可通过出口温度T2和出口绝对压力p2判断)的条件下,随着质量流量的增大,气泡中位径D50减小,尺寸分布变窄,含气率减小。将超声法所测含气率与气液分离法所测含气率比较,最大相对偏差为4.5%,说明实验测量结果基本可靠。