基于PLIF检测的生物质挥发分燃烧多环芳烃生成特性

针对生物质挥发分燃烧过程,采用平面激光诱导荧光技术对火焰中1~2环、3~5环多环芳烃(PAHs)的二维分布进行了研究,分析对比了升温速率(1 000 K/min和1 500 K/min)、O_(2)体积分数(21%~50%)等关键因素对木屑、核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中PAHs生成与转化特性的影响.结果表明:提高升温速率,生物质挥发分燃烧过程中1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值显著增加,同时升温速率提高促进了1~2环和3~5环PAHs向小分子碳氢化合物转化;1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值随O_(2)体积分数提高而增加,这是由于增加的O_(2)体积分数促进了PAHs的释放.但是由于O_(2)体积分数的提高同样增加了OH自由基浓度,导致PAHs消耗加快,使得1~2环和3~5环PAHs信号强度持续时间随O_(2)体积分数提高先增加后减少.木屑和核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中生成的3~5环PAHs信号强度峰值和信号强度持续时间较为一致,但木屑颗粒生成的1~2环PAHs信号强度峰值更高,这可能是由于木屑颗粒脂肪烃和芳香环含量更高,同时燃烧过程中生成的OH自由基较多,有利于多环PAHs向1~2环PAHs的转化.

先进光学诊断技术在含能材料燃烧测试中的应用进展

依据不同光学原理,从光散射、光学发射与吸收和成像三方面综述了激光诱导荧光(LIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、粒子成像测速(PIV)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、辐射法、遥感傅里叶变换红外光谱(RS-FTIR)及纹影法等光学诊断技术测试原理及在含能材料燃烧测试中的应用进展;分析了光学诊断技术在燃烧测试中相比于其他传统接触式诊断方法的优越性和各类光学诊断方法的适用性、测量对象及优缺点;展望了微观燃烧产物、火焰温度、燃烧流场速度和火焰结构等测试技术在含能材料燃烧诊断中的发展前景;指出今后的工作应向多诊断方法相结合,发展多维度测量,从而获取更丰富多维的微观数据信息。附参考文献102篇。

十字型通道内黏弹性撞击流混合机理研究

采用激光诱导荧光(PLIF)技术对十字型通道中黏弹性流体(聚环氧乙烷溶液)进行可视化研究,重点考察了雷诺数(Re)、聚合物溶液质量分数(w)和通道尺度对流体流动模式、振荡特性以及混合效果的影响。结果表明,对于牛顿流体(水),随着雷诺数增加(20<Re<500),500μm、6 mm和1 cm的十字型通道内均依次呈现分离流、稳态吞噬流、涡脱落振荡以及非稳态吞噬流;而对于黏弹性流体,随着聚合物溶液质量分数增加(0.01%≤w≤0.30%),流体弹性效应增强,在低聚合物溶液质量分数下微通道内出现了惯性弹性非稳态振荡,导致混合增强,而在较高质量分数下出现了弹性主导的非稳态振荡,弹性非稳态振荡在维森贝格数和雷诺数较低时具有周期性特征,随着维森贝格数和雷诺数增大,振荡周期减小且趋于不规则。对于6 mm和1 cm十字型通道,随着聚合物溶液质量分数的增加,涡脱落振荡和非稳态吞噬流的临界雷诺数增大,在较高聚合物溶液质量分数下非稳态吞噬流消失。

深紫外飞秒激光脉宽测量

为准确测量193 nm深紫外飞秒激光的脉冲宽度,基于氟化钙的双光子荧光效应,设计并搭建了用于紫外飞秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的可靠性。利用插入法进行了CCD探测系统的数值标定,获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下,得到193 nm深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs,与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。

荧光成像技术无损探测光学元件亚表面缺陷

为了建立有效无损的亚表面缺陷探测技术,本文开展了光学元件亚表面缺陷的荧光成像技术研究,通过系统优化激发波长、成像光谱、成像光路及探测器等影响探测精度和探测灵敏度的参数,研制出小口径荧光缺陷检测样机。基于该样机对一系列精抛光熔石英和飞切KDP晶体元件的散射缺陷和荧光缺陷进行了表征,获得了各类样品亚表面缺陷所占的比重差异很大,从0.012%到1.1%不等。利用统计学方法分析了亚表面缺陷与损伤阈值的关系,结果显示,熔石英亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R^2值为0.907,KDP晶体亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R^2值为0.947,均属于强相关。该研究结果可评价光学元件的加工质量,用于指导紫外光学元件加工工艺,并且由于该探测技术具有无损、快速的特点,因此可应用于大口径紫外光学元件全口径亚表面缺陷探测,具有极其重要的工程意义。

激光诱导荧光技术在液体混合可视化研究中的应用

在研究混合过程的多种实验方法中,定量的可视化测量技术不仅可同时显示流场中各位置混合效果的差异,还可直观地反映混合过程随时间的变化规律。其中,激光诱导荧光技术具有测量精度高、无干扰流场、实现方式简单等优势,是用于检测化工过程流动-混合行为的先进测试技术。对该技术的测试原理、实现方式进行了详细的介绍,探讨该技术在可视化液体混合过程以及反应流混合过程的研究进展。

FAMM技术及其应用进展

FAMM技术是利用激光荧光显微探针等手段测量多种显微组分的荧光变化来确定烃源岩热成熟度的一种新方法,可有效解决烃源岩成熟度评价中常出现的镜质体反射率抑制作用等实际问题。论述了该技术的发展和基础,介绍了目前的应用进展情况,指出了尚存在的一些问题,以促进其在我国含油气盆地石油勘探与评价中的应用和研究。

长脉冲TECO2激光器的调谐特性

采用光栅谐振腔,对基于Pulser/Sustainer技术的紫外预电离长脉冲TE CO2激光器的调谐特性进行了实验研究。在增益体积为1.17 L,激光混合气体比CO2:N2:He=1:5:19的条件下,比较了刻槽密度分别为80、120、150 line/mm的光栅在不同工作气压和激励电路条件下的激光器调谐特性,其中,120 line/mm的光栅谐振腔可以输出75条激光谱线,4条主要谱线(9R(20)、9P(20)、10R(20)、10P(20))输出能量与采用全反铜镜的非调谐谐振腔激光器输出能量相当。深入实验研究了120 line/mm光栅谐振腔激励电路和工作气压对长脉冲TE CO2激光器调谐特性的影响。

火焰结构的平面激光诱导荧光技术观测

用平面激光诱导荧光 (PLIF)技术测量了烧煤油的酒精喷灯单脉冲激光诱导荧光 ,由平面荧光图可清晰地看到氢氧基与C2、C3 在火焰中的位置 ,同时 ,也看到了煤油火焰由发生、发展到熄灭过程中火焰结构的变化 ;PLIF技术是研究火焰结构的有力工具。

纳秒激光诱导K9玻璃损伤形貌研究

实验研究了纳秒激光脉冲聚焦到K9玻璃内部时产生损伤的特点,并基于激光等离子体冲击波的作用原理进行了理论分析。表面损伤的特点:当激光能量较小时,在入射激光的玻璃前表面不会产生损伤。随着激光能量的增加,会逐渐出现点坑状破坏,坑的中心是一个连接体损伤的核心,围绕该点的是完全融蚀区和最外部的环状破坏区。体损伤的形貌特点是沿激光入射方向呈纺锤状,破坏区中心有一条等离子通道,四周是断裂区和折射率区。在玻璃前表面上高斯激光脉冲产生激光支持爆轰波的特点是中间部分温度最高、运动速度最快、作用压强最大,从内到外逐渐减小,所以破坏程度也逐渐减小,呈辐射状分布。而玻璃内部的体损伤特点是由激光等离子体膨胀产生的冲击波作用由里到外逐渐减小的规律所决定的。

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对喷雾特性研究的应用Ⅱ:喷射参数和环境参数对喷雾特性的定量分析

在改变喷射控制参数和环境参数的喷雾特性研究中,应用定量标定的试验结果深入开展了喷油压力、喷孔孔径、环境密度和环境温度对喷雾各个特性参数影响的研究。研究中发现,提高喷射压力能提高喷雾动能,加速液相喷雾的破碎、促进液相蒸发形成气相喷雾,提高贯穿速率,有利于喷雾的扩散和蒸发。小孔径的喷油嘴,虽然能够减少贯穿距离,但也同时减弱了喷雾和空气的混合空间范围;由于小孔径促进了喷雾的破碎和蒸发,气相喷雾分布均匀程度明显提高。环境密度高的条件下明显减小了喷雾的贯穿距离,这样虽然导致喷雾的扩散速率降低,但由于单位体积内气体量的大幅增加,加快了环境气体和喷雾之间的互相作用,更容易形成气相。环境温度对喷雾的蒸发速率起关键作用,液相喷雾贯穿距离随温度升高而减小,同时,气相最大当量比出现时间提前,这些说明环境温度升高,加速了环境气体和喷雾间的热交换,提高了喷雾的蒸发速率,最终促进气相快速形成。

OH在火焰中浓度分布图像及与温度关系的PLIF和CARS研究

用平面激光诱导荧光（ＰＬＩＦ）技术测量了平面火焰炉、狭缝火焰炉的单脉冲激光诱导ＯＨ荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的宽度。对扩散火焰，高温区在ＯＨ带内侧；ＯＨ带的外侧则是火焰的边界，相干反斯托克斯拉曼光谱（ＣＡＲＳ）的测量结果对此提出了有力的佐证。湍流火焰的ＰＬＩＦ图则清晰地显示出火焰面的不规则性。氢氧基的ＰＬＩＦ图像是研究火焰结构和流场的有力工具。

应用激光诱导荧光法研究超高压喷雾气液相浓度场分布特性

应用复合激光诱导荧光技术在光学发动机上测量了燃油喷雾气液两相荧光图像,提出分析浓度场分布的无量纲参数,最终获得喷雾气液相浓度场相对分布。实验采用电机倒拖的光学发动机,燃烧室采用ω形BUMP燃烧室,应用自行设计的脉冲压力放大供油系统,实现了最高喷油压力达240 MPa的超高压喷射。通过研究发现,随着喷油压力提高可有效加速喷雾气相生成、促进喷雾气相的均匀分布。这种效果在有较强挤流作用和存在BUMP燃烧室限流沿剥离作用下更为明显,此时喷雾气相相对浓度随着喷油压力从160 MPa提高到240 MPa而下降62.50/0。

规整填料内液体分布的实验研究进展

测量规整填料内液体分布的实验方法有接液法、电导示踪法、光纤传感技术、断层成像技术和激光诱导荧光技术等。这些实验方法比较有效,但也存在一些不足。本文介绍了各种实验方法的原理、实现方式及不足之处,重点阐述了断层成像技术和激光诱导荧光技术。两种技术均实现了填料内液体分布的可视化,获得了持液量,但都存在如何有效去除背景噪声的问题。激光诱导荧光技术与断层成像技术相比,具有新型、可靠、易于实现和安全等优点。最后,探讨了激光诱导荧光技术在未来应用中的新方向,包括与粒子成像测速仪联用、与高速相机联用、对实验结果的再提取及实验填料的加工。

激光诱导植物荧光寿命校正技术及其特性分析

激光诱导植物荧光寿命测量法是在植物荧光光谱分析法基础上开发的一种评估植物生长状况及环境监测的新技术。根据植物叶绿素荧光信号的物理特性,利用信息仿真技术开发了一种叶绿素荧光寿命校正方法,可提高植物叶绿素荧光寿命的测量精度。利用激光诱导叶绿素荧光寿命测量系统分别测得叶绿素荧光及其背景信号,先用解卷积法叶绿素荧光信号中分离出荧光衰减函数,可获取荧光寿命估计值。再结合叶绿素荧光寿命校正技术就能反演得到高精度的植物荧光寿命。仿真与实验结果表明:该方法可实现高精度的植物荧光寿命实时监测;并对不同含量的叶绿素提取液进行了测试,构建了植物荧光寿命与叶绿素含量的对应关系模型。未来该技术可用于遥感监测海洋、湖泊、河流中藻类植物的生物含量。

鸭嘴阀扩散器紊动射流特性试验研究

采用超声多普勒流速仪（ＡＤＶ）和激光诱导荧光技术（ＬＩＦ），对鸭嘴阀扩散器的紊动扩散掺混特性进行研究，结果表明：当在出口下游１２．５Ｄ（Ｄ为孔径）范围内，鸭嘴阀扩散器的在主、次轴平面内的射流扩散特性有明显的差异，出现“轴开关”现象，在此区域内，紊动强度也较圆孔射流高出几倍；远区，射流扩散特性与圆射流相似。

稀土配合物的激光诱导时间分辨荧光光谱研究

本文研究了RE(RE=DY、Eu、Sm、Tb)—HFA—TOPO—Triton X-100体系的激光诱导荧光光谱。拟定了时间分辨荧光光谱技术同时测定这四个稀土元素的分析方法,用于混合样品分析,获得了满意的结果。

激光诱导荧光技术测量大气OH自由基的研究进展

大气氢氧自由基(OH)是对流层大气中最重要的氧化剂,对酸雨、平流层臭氧的损耗等有重要影响。激光诱导荧光技术是目前测定大气OH自由基中使用最多的测量方法。文章总结了20多年来国内外的研究成果,论述了激光诱导荧光技术用于测定大气OH自由基的基本原理和研究进展,讨论了测量中不确定因素及其对策,并着重介绍了目前最常用的基于气体扩张的低压荧光(FAGE)技术。

1064nm激光诱导等离子体开关控制355nm脉宽可调输出

为得到脉宽可控的355nm紫外脉冲激光输出,采用1064nm脉冲激光诱导等离子体开关技术,控制355nm激光脉冲宽度,在激光电离Cu小孔内壁表面及空气击穿共同作用下,获得了2.8ns～10ns的脉宽可调输出。讨论了1064nm单脉冲输出能量对脉宽压缩的影响,在无延时情况下得到了脉宽最短达2.8ns的脉冲激光输出。在此基础上,保持1064nm单脉冲输出能量不变,采用延时装置改变两光路间的光程差,以控制等离子体开关相对于355nm激光脉冲的形成时间,最终得到脉宽可调的脉冲激光输出。结果表明,等离子体开关结构简单、操作方便、适用范围广,是一种较好的脉冲整形手段。

线板式脉冲电晕放电反应器OH自由基二维分布的光谱学研究

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理,采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性,主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明,脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中,并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布,并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1cm;相对湿度的增大有利于OH自由基的生成,促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大,当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值;当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成,并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值,当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时,相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重,从而降低了OH自由基的荧光产率,其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。