浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
针对标准/全场彩虹信号的反演处理，提出一种基于局部最小的通用性反演算法。该算法基于带修正系数的复角动量理论建立了带不等式约束的非线性最优化目标函数，并采用序列二次规划法对最优化目标函数进行迭代求解。反演前针对标准/全场彩虹信号进行不同的预处理，如去除高频结构、预估反演参数范围等。基于Lorentz-Mie理论对不同折射率和粒径分布（对数正态分布和正态分布）的液滴彩虹信号进行数值模拟，并对有/无粒径的预设分布进行反演，验证了该算法的有效性。结果表明：标准彩虹折射率反演最大绝对误差小于3×10-4，最大粒径相对误差为1.3%；各种工况下，全场彩虹反演折射率误差均小于1×10-4，平均粒径相对误差小于1.67%。最后对该算法进行了标准和全场彩虹实验数据的验证。
测量 彩虹折射技术 反演算法 非线性优化 折射率 粒径分布 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0529001
浙江大学能源工程学院(能源清洁利用国家重点实验室), 浙江 杭州 310027
以丙烷-空气扩散火焰为研究对象,联合激光诱导荧光与激光诱导炽光,在不同探测波长下,对火焰中多环芳烃(PAH)的二维分布进行测量,分析火焰中PAH荧光信号的分布特征。结果表明:在丙烷扩散火焰燃烧中,小环PAH逐渐变为大环PAH,随后形成碳烟;通过测量火焰不同位置处的荧光时间分辨信号发现,在相同的条件下,荧光波长越大,其对应的PAH环数越多,相对分子质量越大,荧光衰减时间越长;随着火焰高度位置升高,荧光信号的衰减时间受温度升高的影响呈下降趋势。
光谱学 激光诱导荧光 多环芳烃 时间分辨信号 荧光衰减时间
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
设计了一种基于全场彩虹测量技术的紧凑型彩虹折射仪。该折射仪采用笼式结构和全密封设计,光路的整体尺寸明显小于传统的彩虹光路,折射仪的尺寸为0.42 m×0.42 m×0.15 m。使用该彩虹折射仪对单组分液滴折射率、双组分液滴浓度进行了一系列实验测试。采用去离子水喷雾测试了折射仪的折射率测量精度,测量误差约为2×10
-4。测量了体积分数为0~100%的乙醇液滴的折射率,与文献数据进行了对比,并分析了误差来源。结果表明,所研发的紧凑式折射仪具有测量液滴折射率的功能,以及体积小、精度高的优点,适用于工业生产环境,在喷雾场测量中具有很好的应用前景。
测量 光学仪器设计 彩虹折射仪 喷雾液滴 折射率 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101201
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
搭建了基于高速数字全息的燃烧颗粒测试系统。通过对全息图进行处理,观察了竹粉颗粒形貌变化和颗粒破碎等现象;验证了对颗粒三维轨迹追踪的可行性;比较了燃烧前后颗粒粒径分布和速度分布。重建结果展示了各种不同形貌竹粉颗粒的清晰图像。统计结果表明,燃烧后的小颗粒(粒径小于30 μm)数量增多,大颗粒(粒径大于50 μm)数量减少;径向速度分布范围变大;轴向速度整体增大,并出现双峰分布,与观察结果吻合较好。
全息 生物质颗粒 数字同轴全息 形貌与粒径 颗粒破碎 运动速度 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 100901
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
采用激光诱导炽光和激光诱导荧光技术研究了燃料种类对碳烟演变过程的影响。以CH4、C2H4、C3H8的扩散火焰为研究对象,测量了碳烟的体积分数、粒径、颗粒数浓度以及多环芳烃相对浓度的二维分布。结果表明: CH4、C2H4、C3H8火焰的碳转化因子分别为0.0058、0.144、0.043;碳烟颗粒的平均粒径为9.2,20.8,14.7 nm,对应的颗粒数浓度分别为6.9×10
21,8.7×10
21,7.8×10
21 m
-3;对于含有较多碳原子或不饱和键的燃料,碳烟和环芳烃的生成演变过程更为迅速;比表面增长速率和生长时间的综合变化导致C2H4火焰中碳烟颗粒的粒径最大,C3H8次之,CH4最小。
光谱学 燃烧诊断 激光诱导炽光 碳烟 激光诱导荧光 多环芳烃 增长速率
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 CNRS UMR 6614/CORIA, Saint Etienne du Rouvray BP12 76801, France
Calibration of the relationship between the scattering angle and the CCD pixel is a key part of achieving accurate measurements of rainbow refractometry. A novel self-calibrated global rainbow refractometry system based on illumination by two lasers of different wavelengths is proposed. The angular calibration and refractive index measurement of two wavelengths can be completed simultaneously without extra measurement devices. The numerical and experimental results show the feasibility and high precision of the self-calibration method, which enables the rainbow refractometry to be implemented in a more powerful and convenient way. The self-calibrated rainbow system is successfully applied to measure the refractive indices of ethanol-water solutions with volume concentrations of 10% to 60%.
290.5820 Scattering measurements 120.4820 Optical systems 120.6780 Temperature 290.5820 Scattering measurements 290.3030 Index measurements Chinese Optics Letters
2017, 15(4): 042902
浙江大学 热能工程研究所-能源清洁利用国家重点实验室, 杭州 310027
传统彩虹测量技术标定复杂、精度可重复性差且难以适应密闭空间。一种基于多彩虹谱线自标定方法, 可省去原有的标定系统装置, 将标定过程内化于对彩虹信号的处理, 以水为例的测量偏差仅为0.13%。将该技术应用于混合喷雾液滴组分浓度测量中, 探究并优化了参与混合的两种液体组分的方案。实验采用60%乙醇-水混合喷雾, 原位测量了混合喷雾场多点组分浓度, 测量结果差别可以控制在0.5%以内, 表明该方法技术在相关领域的应用潜力。
全场彩虹测量技术 组分浓度 混合喷雾 自标定方法 global rainbow measurement technology component concentration mixing spray self-calibration method
1 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国能源建设集团江苏省电力设计院, 江苏 南京 211200
我国电站入炉煤种复杂多变, 实时快速获取煤质成分对保障锅炉的安全、 高效、 低污染运行具有重大意义。 将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术应用于燃煤煤质测量, 观测了不同波长激光（355, 532和1 064 nm）诱导产生的等离子体时间演变特性和不同电离特性元素的谱线时间特性, 对比了出现屏蔽效应时的能量阈值随激光波长的变化特征, 并研究了激光波长对煤LIBS光谱特性的影响规律。 结果发现: 使用532 nm激光作为激发光源时, 煤LIBS光谱具有最强的谱线信号强度, 且出现等离子体屏蔽效应的能量阈值也较高, 是一种较理想的激发光源, 为LIBS技术在煤质测量领域的工业应用提供了实验依据。
激光诱导击穿光谱 激光波长 等离子体时间演化 等离子体屏蔽效应 煤 Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) Laser wavelength Plasma time evolution Plasma shielding effect Coal 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1890
浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室, 杭州 310027
全场彩虹技术受限于单点区域测量, 如何拓展其到多点测量甚至一维测量, 对于其实用性具有重要的意义。对提出的全场彩虹系统一维化原理进行了分析, 设计并搭建了一维全场彩虹测量系统。分析了系统参数的选择对彩虹图像的影响, 并改进了标定方法。用该系统对乙醇喷雾在一维线区域的蒸发物理过程进行了定量研究, 得到的结果与PDA测量结果进行了对比, 符合实际物理现象。
一维全场彩虹测量技术 乙醇喷雾 粒径分布 one dimensional global rainbow technology ethanol spray particle size distribution phase doppler anemometry phase doppler anemometry(PDA)
浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室, 杭州 310027
为了评价水洗、醋酸铵洗和盐酸洗等化学处理方法去除准东煤中碱金属的能力, 分析激光诱导击穿光谱(LIBS)技术快速测量煤中碱金属含量的可行性和准确性, 采用去离子水、醋酸铵溶液和稀盐酸溶液依次对准东煤进行化学处理, 并利用LIBS技术对各样本中的Na, K元素进行测量, 同时与电感耦合等离子光谱(ICP)检测结果进行对比, 得到了验证LIBS技术测量准东煤中碱金属含量可靠性的实验数据。结果表明, 水洗等化学处理可高效地去除准东煤中的碱金属, 而LIBS技术对不同样本中的Na, K元素测量重复性较好, 并且具有较高的灵敏度和较低的检测极限, LIBS检测结果与ICP的相对误差不超过7%。该结果说明LIBS可作为在线测量煤样中碱金属含量的一种有效手段。
测量与计量 碱金属 激光诱导击穿光谱 准东煤 化学分离处理 measurement and metrology alkali metal laser induced breakdown spectroscopy Zhundong coal chemical fractionation treatment
