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高温粒子辐射特性测试与粒径分布研究

作 者: 侯金
导 师: 孙晓刚
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 高温粒子 粒子辐射特性 粒径分布 遗传算法
分类号: O432.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2006年
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内容摘要


本课题来源于国家自然科学基金重点项目(编号:50336010),红外辐射特性及传输的多尺度多参数分析项目的一部分。颗粒,人称物质的第四态,以其高比表面积(单位质量物质的二相界面面积)与多分散性(样品中的每一颗粒都不尽相同)的二大特性而有别于同类物质的固态、液态及气态。粒子态物质涉及到化工、冶金、动力、建筑、医药、生物、食品、航天、军事及大气科学等多个领域。据统计,工业中50%以上的产品或中间产品呈颗粒状。对这些产品的加热、冷却和干燥,或在生产中利用可见、红外等光学仪器在线测量,均须知道粒子状态下的辐射特性,也给颗粒的表征提出了新的要求。在粒子辐射特性的研究中,粒子的光学常数即复折射率的求解问题占有基础性的关键地位。目前针对粒子辐射特性的研究多局限于常温状态,通常认为粒子光谱特性参数与温度无关,将常温光谱特性参数直接代入高温情况计算。但各种文献表明,如果温度变化幅度较大,对粒子光谱特性有很大影响。本文在用高温粒子实验平台对高温粒子的辐射特性进行测量的基础上,通过对测量原理,实验平台结构,测得的粒子辐射特性的数据研究分析,改进了高温粒子实验平台,获得了更为可靠的高温粒子光谱特性数据。与此同时,研究了反演粒子粒径分布的智能算法。对实验平台的改进包括:⑴悬浮系统的改进,采用氮气作为悬浮工质,并增加了气悬浮工质预热装置,减少了由于悬浮工质对高温粒子的冷却影响,并消除了悬浮工质本身辐射的影响;⑵增加设计了测量光路,增强了高温粒子辐射特性信号光的强度,提高了光路的信噪比。为了比照粒子的复折射率的求解结果,并在实验中更好地对粒子系的浓度和平均粒径进行有效的检测,本文基于Mie光散射理论及Lambert-Beer光透射定律,建立了反演粒子粒径分布的多波长法模型和函数限制法模型。在MATLAB环境下,仿真了一些关键参数,并利用遗传算法反演了粒子粒径分布,得出求解方法是合理的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 粒子辐射问题的分类  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-16
    1.3.1 高温粒子辐射特性实验研究  12-13
    1.3.2 高温粒子物性反问题研究  13-15
    1.3.3 粒子粒径分布研究  15-16
  1.4 本课题的研究内容  16-18
第2章 高温粒子辐射特性实验平台的改进  18-26
  2.1 实验平台总体结构  18-22
    2.1.1 粒子高温预热室与粒子测量室  18-20
    2.1.2 FTIR 光谱分析仪  20-21
    2.1.3 粒子筛分均布系统  21-22
  2.2 气悬浮系统的改进  22-24
    2.2.1 悬浮系统结构设计  22-23
    2.2.2 悬浮工质预热电路设计  23-24
  2.3 光路的设计  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 实验测量与分析  26-34
  3.1 粒子物性测量理论  26-28
    3.1.1 粒子辐射的特点  26-27
    3.1.2 测量理论  27-28
  3.2 渣片粒子系透射率实验  28-29
    3.2.1 压片的制作  28
    3.2.2 透射率实验  28-29
  3.3 弥散粒子系透射率实验  29-32
    3.3.1 弥散粒子系透射率实验  29
    3.3.2 实验结果与分析  29-32
  3.4 本章小结  32-34
第4章 粒子粒径分布的反演  34-56
  4.1 粒径与粒径分布  34-37
    4.1.1 粒子的粒径(粒度)  34-35
    4.1.2 粒子系的粒径分布  35-37
  4.2 粒子粒径测量方法  37-41
    4.2.1 机械法  38-39
    4.2.2 波动特性法  39-40
    4.2.3 电传感法  40
    4.2.4 其它方法  40-41
  4.3 粒子反演理论  41-44
    4.3.1 反问题  41-42
    4.3.2 光散射法反演  42-44
  4.4 粒径反演模型  44-47
    4.4.1 多波长法反演模型  44-46
    4.4.2 引入函数限制法的三波长法  46-47
  4.5 遗传算法  47-51
    4.5.1 遗传算法简介  47-48
    4.5.2 算法原理  48-51
  4.6 光透射衰减系数的实际计算  51-52
    4.6.1 尺度参数,复折射率和衰减系数的关系  51
    4.6.2 波长,粒子直径与衰减系数的关系  51-52
  4.7 函数限制法反演仿真计算结果  52
  4.8 多波长法反演仿真计算结果  52-55
  4.9 误差来源及分析  55
  4.10 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-64
附录 1 实验平台实物照片  64-65
附录 2 函数限制法反演结果  65-66
附录 3 多波长法反演结果  66-67
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性说明  67
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  67
哈尔滨工业大学硕士学位论文涉密论文管理  67-68
致谢  68

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光辐射、光度学、色度学 > 光辐射
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