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
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
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)
1 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 杭州市环境监测中心站, 浙江 杭州 310007
基于不同来源含碳气溶胶具有不同光学吸收特性的原理, 采用黑碳仪模型对杭州市含碳气溶胶进行来源解析。结合气溶胶飞行时间质谱仪和黑碳仪数据, 对黑碳仪模型参数进行校正。通过分析2015年杭州市朝晖环境监测站点的黑碳仪数据, 解析化石燃料和生物质燃料的燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的贡献率及其变化规律。结果表明, 2015年化石燃料燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的年均贡献值为15.4 μg/m3, 年均贡献率为71.8%; 生物质燃料对含碳气溶胶的月均贡献率为20%~38%, 7月份贡献率最小, 12月份贡献率最大, 各月份的贡献率存在明显阶梯性变化。含碳气溶胶吸收指数没有体现出本地早晚高峰现象, 该现象可能是由于外地传输引起的。上述研究为识别杭州市能源消费结构和大气治理提供一定的理论与实验支持。
大气光学 黑碳仪模型 含碳气溶胶 化石燃料 生物质燃烧 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 050102
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 UMR 6614/CORIA, CNRS, Normandie Université, BP12 76801 Saint Etienne du Rouvray, France
We propose a method for simultaneous 3D temperature and velocity measurement of a micro-flow field. The 3D temperature field is characterized with two-color laser-induced fluorescence particles which are tracked with micro-digital holographic particle tracking velocimetry. A diffraction-based model is applied to analyze defocused particles to determine the intensity ratio of two fluorescent dyes on the particle. The model is validated with experimental images. As the result shows that the intensity ratio nearly remains unchanged with respect to depth positions, defocused particles can be used as 3D temperature sensors. Numerical work is carried out to check the method, and 3D temperature and velocity field in a 120 μm×120 μm×80 μm test volume are retrieved.
280.6780 Temperature 280.7250 Velocimetry 050.1970 Diffractive optics Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 072801
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，热能工程研究所，浙江 杭州 310027
激光数字全息技术具有三维、非接触测量流场的能力，在颗粒场三维诊断领域具有巨大的应用潜力。对数字全息技术同时测量气固两相流场中固相大颗粒和气相示踪小颗粒进行了模拟和实验研究。模拟研究了大颗粒的存在对小颗粒检测成功率及精度的影响，以及全息对小颗粒的测量能力。在利用小波函数重建颗粒全息图和识别定位的基础上，获得流场中颗粒粒径及空间分布。利用所搭建的双光路激光数字全息系统对颗粒场进行实验测试，系统成功地对被测流场区域的颗粒场进行了重建，获得的颗粒粒径分布与实际情况基本吻合。结果表明:应用该系统测量多相流流场颗粒粒径、三维位置是可行性的。
全息 气固两相流 颗粒粒径 空间分布 光学学报
2015, 35(s2): s209001
1 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 UMR 6614/CORIA, CNRS/Universite et INSA de Rouen, Saint Etienne du Rouvray, 76800, France
为研究大气环境不可溶性固态内核霾滴的光学性质，以纤维素、石英、聚苯乙烯、赤铁矿及碳黑5种典型凝结核为例，采用核-壳模型计算含不同种类内核霾滴的散射、吸收、消光等效率因子，重点讨论非吸收性内核、弱吸收性内核、强吸收性内核以及霾滴尺度等参数变化对霾滴光学特性的影响。研究结果表明，与吸收性内核霾滴相比，非吸收性内核霾滴的散射较强，PM2.5霾滴的散射与霾滴尺度参数y、内核尺度参数x 以及内核复折射率m1等非线性相关；霾滴的吸收效率因子主要取决于内核相对尺度β 与内核复折射率。研究结果有助于进一步开展大气雾霾能见度精确评估以及高湿环境多相流复杂介质的激光测量等研究。
大气光学 霾滴 不可溶性固态内核 核-壳模型 散射 吸收
