本文主要研究内容
作者聂伟（2019）在《极低温环境露点/霜点的TDLAS检测方法研究》一文中研究指出：在等压条件下将气体冷却,当气体中的水蒸气冷凝成液态水/冰时的气体温度即为水汽的露点/霜点温度。一般情况下,零度以上的凝结温度点称为露点,零度以下的凝结温度点称为霜点。露点/霜点温度的监测在气象、航空航天、兵器工业、精密半导体行业、原子能、石油化工、电力和仓储等领域都具有非常重要的作用。与温度和压力是独立的被测量不同,露点/霜点温度的测量通常会受到环境温度和环境压力的影响,所以露点/霜点温度是最难准确测量的气体参数之一,尤其是极低温环境下极低露点/霜点温度的精确、快速检测存在较大挑战。本文采用可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术,开展了大动态范围露点/霜点温度精确测量方法研究、露点/霜点温度测量结果溯源研究以及极低温度环境下露点/霜点测量的环境适应性研究。TDLAS技术具有高选择性、快速响应、高光谱分辨率、环境适应性强、易于小型化等优点,非常适合对极端环境流场参数(温度、组分浓度、流速、压力等)进行实时测量。选择水汽(H20)为分子探针,利用TDLAS技术测量水汽分压,根据饱和水汽分压与露点/霜点温度之间的关系计算获得露点/霜点温度值,各物理量之间的传递关系清晰明了。针对光谱的精确反演,提出了一种新型的光谱处理方法——Voigt线型两翼拟合方法。通过选择8条水汽光谱,分别采用数值积分方法、Voigt全线型拟合方法以及Voigt线型两翼拟合方法获得积分吸光度值后与理论计算的结果对比获得偏差值,来验证Voigt线型两翼拟合方法的精度。对比结果显示Voigt线型两翼拟合方法的误差在0.091%～0.47%范围,拟合精度明显高于数值积分方法及Voigt全线型拟合方法。采用TDLAS技术对露点温度进行测量,测量精度受限于光谱数据库(例如HITRAN光谱数据库)中参数的精度,我们在实验室搭建纯水汽光谱参数标定平台,对所选吸收线进行精确光谱参数标定,获得了精度高于数据库的光谱线强及自展宽系数结果。针对TDLAS技术露点/霜点测量的可行性、精度以及环境适应性,进行了 TDLAS技术露点/霜点温度测量实验验证。选择一套1.38μm单激光器的系统,首先在实验室低温平台上进行不同温度下的露点/霜点测量,分别进行了纯水汽及非纯水汽实验,实验露点/霜点结果与理论结果偏差较大,分析其中原因是由于气体池壁对水汽的吸附以及外界环境中水汽的“附加吸收”对测量结果的影响。为了避免这些因素的影响,在安徽省气象局进行了原位露点/霜点温度测量实验,测量结果与标准露点测量装置(冷镜式露点仪)的测量结果对比偏差小于1℃,获得TDLAS技术测量常温露点/霜点温度的可行性及精度。然后利用低温腔(温度范围:-173℃～常温)进行极低温环境下,TDLAS方法测量露点/霜点温度的可行性和精度的实验验证,同时采用原位测量及抽气采样测量方式,研究管路吸脱附效应对露点/霜点温度测量的影响,与冷镜式露点仪同时测量并对比,原位测量的结果与腔内气体温度变化趋势相同,与理论相符,抽气采样测量与冷镜式露点仪测量结果一致性较好,验证TDLAS方法低温环境的适应性及精度。最后,TDLAS方法与冷镜式露点仪同时测量了低温风洞流场的霜点温度,测量结果在-60℃以上时,两种测量方法偏差小于±1℃,在-60℃以下时,两种测量方法偏差在±5℃,通过实验证明这个误差主要来源于抽气管路的吸脱附效应以及测量腔体内残存的水汽吸收。对于极低霜点温度的精确测量,采用原位在线测量的方式比较理想,不会受到管路等对露点/霜点温度的影响。。针对低温风洞工作时的实际工况,结合实际露点/霜点温度变化范围,研究了多波长的露点/霜点检测方法,并用于大动态范围露点/霜点温度的精确测量,提出了直接吸收与波长调制技术相结合的方法,大大提高了单只激光器露点/霜点检测范围。选择了适合低温环境露点/霜点温度检测的水汽吸收线,并在实验室对吸收线线强参数进行了标定,获得了精度明显高于HITRAN数据库的线强及自展宽系数结果。理论计算分析了所选吸收线的露点/霜点测量范围及精度,均能满足实际要求。针对测量结果的精度验证问题,研究了 TDLAS露点/霜点温度测量结果计量院溯源研究方案,集成的溯源装置首先在实验室进行了高纯氮气霜点温度的实际测量测试,测量结果与国家标准要求的高纯氮气霜点温度(<-69℃)一致。最后在上海计量院进行了 TDLAS露点/霜点温度测量结果溯源研究,按照国家标准进行了-90℃～+30℃范围的露点/霜点的测量对比,与标准冷镜式露点仪测量同一水汽发生装置中的露点/霜点温度值,全范围测量结果相差小于1℃,验证了TDLAS测量结果的精度。经过本论文的研究,获得了 TDLAS技术测量露点/霜点温度的可靠原理、适合低温环境,大动态范围露点/霜点温度测量的水汽吸收线及其高精度的光谱参数、多线波分复用结合直接吸收光谱技术与波长调制光谱技术的露点/霜点检测方法,以及TDLAS测量结果溯源研究方案及结果。
Abstract
zai deng ya tiao jian xia jiang qi ti leng que ,dang qi ti zhong de shui zheng qi leng ning cheng ye tai shui /bing shi de qi ti wen du ji wei shui qi de lou dian /shuang dian wen du 。yi ban qing kuang xia ,ling du yi shang de ning jie wen du dian chen wei lou dian ,ling du yi xia de ning jie wen du dian chen wei shuang dian 。lou dian /shuang dian wen du de jian ce zai qi xiang 、hang kong hang tian 、bing qi gong ye 、jing mi ban dao ti hang ye 、yuan zi neng 、dan you hua gong 、dian li he cang chu deng ling yu dou ju you fei chang chong yao de zuo yong 。yu wen du he ya li shi du li de bei ce liang bu tong ,lou dian /shuang dian wen du de ce liang tong chang hui shou dao huan jing wen du he huan jing ya li de ying xiang ,suo yi lou dian /shuang dian wen du shi zui nan zhun que ce liang de qi ti can shu zhi yi ,you ji shi ji di wen huan jing xia ji di lou dian /shuang dian wen du de jing que 、kuai su jian ce cun zai jiao da tiao zhan 。ben wen cai yong ke diao xie ban dao ti ji guang xi shou guang pu (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)ji shu ,kai zhan le da dong tai fan wei lou dian /shuang dian wen du jing que ce liang fang fa yan jiu 、lou dian /shuang dian wen du ce liang jie guo su yuan yan jiu yi ji ji di wen du huan jing xia lou dian /shuang dian ce liang de huan jing kuo ying xing yan jiu 。TDLASji shu ju you gao shua ze xing 、kuai su xiang ying 、gao guang pu fen bian lv 、huan jing kuo ying xing jiang 、yi yu xiao xing hua deng you dian ,fei chang kuo ge dui ji duan huan jing liu chang can shu (wen du 、zu fen nong du 、liu su 、ya li deng )jin hang shi shi ce liang 。shua ze shui qi (H20)wei fen zi tan zhen ,li yong TDLASji shu ce liang shui qi fen ya ,gen ju bao he shui qi fen ya yu lou dian /shuang dian wen du zhi jian de guan ji ji suan huo de lou dian /shuang dian wen du zhi ,ge wu li liang zhi jian de chuan di guan ji qing xi ming le 。zhen dui guang pu de jing que fan yan ,di chu le yi chong xin xing de guang pu chu li fang fa ——Voigtxian xing liang yi ni ge fang fa 。tong guo shua ze 8tiao shui qi guang pu ,fen bie cai yong shu zhi ji fen fang fa 、Voigtquan xian xing ni ge fang fa yi ji Voigtxian xing liang yi ni ge fang fa huo de ji fen xi guang du zhi hou yu li lun ji suan de jie guo dui bi huo de pian cha zhi ,lai yan zheng Voigtxian xing liang yi ni ge fang fa de jing du 。dui bi jie guo xian shi Voigtxian xing liang yi ni ge fang fa de wu cha zai 0.091%～0.47%fan wei ,ni ge jing du ming xian gao yu shu zhi ji fen fang fa ji Voigtquan xian xing ni ge fang fa 。cai yong TDLASji shu dui lou dian wen du jin hang ce liang ,ce liang jing du shou xian yu guang pu shu ju ku (li ru HITRANguang pu shu ju ku )zhong can shu de jing du ,wo men zai shi yan shi da jian chun shui qi guang pu can shu biao ding ping tai ,dui suo shua xi shou xian jin hang jing que guang pu can shu biao ding ,huo de le jing du gao yu shu ju ku de guang pu xian jiang ji zi zhan kuan ji shu jie guo 。zhen dui TDLASji shu lou dian /shuang dian ce liang de ke hang xing 、jing du yi ji huan jing kuo ying xing ,jin hang le TDLASji shu lou dian /shuang dian wen du ce liang shi yan yan zheng 。shua ze yi tao 1.38μmchan ji guang qi de ji tong ,shou xian zai shi yan shi di wen ping tai shang jin hang bu tong wen du xia de lou dian /shuang dian ce liang ,fen bie jin hang le chun shui qi ji fei chun shui qi shi yan ,shi yan lou dian /shuang dian jie guo yu li lun jie guo pian cha jiao da ,fen xi ji zhong yuan yin shi you yu qi ti chi bi dui shui qi de xi fu yi ji wai jie huan jing zhong shui qi de “fu jia xi shou ”dui ce liang jie guo de ying xiang 。wei le bi mian zhe xie yin su de ying xiang ,zai an hui sheng qi xiang ju jin hang le yuan wei lou dian /shuang dian wen du ce liang shi yan ,ce liang jie guo yu biao zhun lou dian ce liang zhuang zhi (leng jing shi lou dian yi )de ce liang jie guo dui bi pian cha xiao yu 1℃,huo de TDLASji shu ce liang chang wen lou dian /shuang dian wen du de ke hang xing ji jing du 。ran hou li yong di wen qiang (wen du fan wei :-173℃～chang wen )jin hang ji di wen huan jing xia ,TDLASfang fa ce liang lou dian /shuang dian wen du de ke hang xing he jing du de shi yan yan zheng ,tong shi cai yong yuan wei ce liang ji chou qi cai yang ce liang fang shi ,yan jiu guan lu xi tuo fu xiao ying dui lou dian /shuang dian wen du ce liang de ying xiang ,yu leng jing shi lou dian yi tong shi ce liang bing dui bi ,yuan wei ce liang de jie guo yu qiang nei qi ti wen du bian hua qu shi xiang tong ,yu li lun xiang fu ,chou qi cai yang ce liang yu leng jing shi lou dian yi ce liang jie guo yi zhi xing jiao hao ,yan zheng TDLASfang fa di wen huan jing de kuo ying xing ji jing du 。zui hou ,TDLASfang fa yu leng jing shi lou dian yi tong shi ce liang le di wen feng dong liu chang de shuang dian wen du ,ce liang jie guo zai -60℃yi shang shi ,liang chong ce liang fang fa pian cha xiao yu ±1℃,zai -60℃yi xia shi ,liang chong ce liang fang fa pian cha zai ±5℃,tong guo shi yan zheng ming zhe ge wu cha zhu yao lai yuan yu chou qi guan lu de xi tuo fu xiao ying yi ji ce liang qiang ti nei can cun de shui qi xi shou 。dui yu ji di shuang dian wen du de jing que ce liang ,cai yong yuan wei zai xian ce liang de fang shi bi jiao li xiang ,bu hui shou dao guan lu deng dui lou dian /shuang dian wen du de ying xiang 。。zhen dui di wen feng dong gong zuo shi de shi ji gong kuang ,jie ge shi ji lou dian /shuang dian wen du bian hua fan wei ,yan jiu le duo bo chang de lou dian /shuang dian jian ce fang fa ,bing yong yu da dong tai fan wei lou dian /shuang dian wen du de jing que ce liang ,di chu le zhi jie xi shou yu bo chang diao zhi ji shu xiang jie ge de fang fa ,da da di gao le chan zhi ji guang qi lou dian /shuang dian jian ce fan wei 。shua ze le kuo ge di wen huan jing lou dian /shuang dian wen du jian ce de shui qi xi shou xian ,bing zai shi yan shi dui xi shou xian xian jiang can shu jin hang le biao ding ,huo de le jing du ming xian gao yu HITRANshu ju ku de xian jiang ji zi zhan kuan ji shu jie guo 。li lun ji suan fen xi le suo shua xi shou xian de lou dian /shuang dian ce liang fan wei ji jing du ,jun neng man zu shi ji yao qiu 。zhen dui ce liang jie guo de jing du yan zheng wen ti ,yan jiu le TDLASlou dian /shuang dian wen du ce liang jie guo ji liang yuan su yuan yan jiu fang an ,ji cheng de su yuan zhuang zhi shou xian zai shi yan shi jin hang le gao chun dan qi shuang dian wen du de shi ji ce liang ce shi ,ce liang jie guo yu guo jia biao zhun yao qiu de gao chun dan qi shuang dian wen du (<-69℃)yi zhi 。zui hou zai shang hai ji liang yuan jin hang le TDLASlou dian /shuang dian wen du ce liang jie guo su yuan yan jiu ,an zhao guo jia biao zhun jin hang le -90℃～+30℃fan wei de lou dian /shuang dian de ce liang dui bi ,yu biao zhun leng jing shi lou dian yi ce liang tong yi shui qi fa sheng zhuang zhi zhong de lou dian /shuang dian wen du zhi ,quan fan wei ce liang jie guo xiang cha xiao yu 1℃,yan zheng le TDLASce liang jie guo de jing du 。jing guo ben lun wen de yan jiu ,huo de le TDLASji shu ce liang lou dian /shuang dian wen du de ke kao yuan li 、kuo ge di wen huan jing ,da dong tai fan wei lou dian /shuang dian wen du ce liang de shui qi xi shou xian ji ji gao jing du de guang pu can shu 、duo xian bo fen fu yong jie ge zhi jie xi shou guang pu ji shu yu bo chang diao zhi guang pu ji shu de lou dian /shuang dian jian ce fang fa ,yi ji TDLASce liang jie guo su yuan yan jiu fang an ji jie guo 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自中国科学技术大学的聂伟，发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文，是一篇关于露点论文,霜点温度论文,可调谐半导体激光吸收光谱论文,低温风洞论文,水汽分压论文,露点论文,霜点温度溯源论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：露点论文; 霜点温度论文; 可调谐半导体激光吸收光谱论文; 低温风洞论文; 水汽分压论文; 霜点温度溯源论文; 中国科学技术大学2019-07-12论文;