亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于TDLAS技術(shù)的殼內(nèi)氣體溫度測量

        2015-04-27 01:12:12郝祖龍辛明偉王志遠(yuǎn)
        實驗室研究與探索 2015年10期
        關(guān)鍵詞:安全殼吸收率吸收光譜

        郝祖龍, 辛明偉, 王志遠(yuǎn)

        (華北電力大學(xué) 非能動核能安全技術(shù)北京市重點實驗室,北京 102206)

        ?

        基于TDLAS技術(shù)的殼內(nèi)氣體溫度測量

        郝祖龍, 辛明偉, 王志遠(yuǎn)

        (華北電力大學(xué) 非能動核能安全技術(shù)北京市重點實驗室,北京 102206)

        針對熱電偶測溫法在安全殼傳熱實驗中存在的不足,研究利用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)用于殼內(nèi)溫度的非接觸式測量。簡要介紹了TDLAS測溫原理,依據(jù)一定規(guī)則選取了H2O分子吸收譜線對7 181.155 8和7 166.050 4 cm-1。利用現(xiàn)有的鋼制安全殼試驗裝置搭建了TDLAS測溫系統(tǒng),采用波長掃描-直接吸收法對殼內(nèi)溫度進(jìn)行測量。結(jié)果表明,在273~373 K,基于TDLAS技術(shù)的殼內(nèi)溫度線性誤差小于1%,最大波動為±2 K,測量結(jié)果能夠較準(zhǔn)確地反映殼內(nèi)某一光程方向上的平均溫度。該方法也可推廣到其他大空間內(nèi)氣體溫度的測量。

        測試裝置; 光譜學(xué); 溫度測量; 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜

        0 引 言

        安全殼作為核電站的最終熱阱,應(yīng)具有較強的熱量導(dǎo)出能力。目前國內(nèi)已陸續(xù)建成多個安全殼試驗臺架用于研究正常及事故工況下安全殼內(nèi)氣體的流動、傳熱特性。安全殼傳熱實驗中大多采用熱電偶法測量殼內(nèi)溫度,但該方法屬于接觸式測溫技術(shù),不適宜用于中低溫時的氣體溫度測量,而且上百個熱電偶測點會干擾被測氣體的溫度場及流場,造成測量誤差,同時在蒸汽環(huán)境下也會腐蝕測溫點的材料,可靠性降低。紅外輻射測溫作為一種應(yīng)用廣泛的非接觸式測溫技術(shù),雖然具有不干擾被測溫度場、測溫速度快、靈敏度高等優(yōu)點,但是易受氣體環(huán)境和鏡頭積灰等影響。

        作為一種新型的非接觸式氣體溫度測量技術(shù),可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS) 技術(shù)是利用氣體的吸收光譜隨溫度變化的特性實現(xiàn)溫度測量,不但有較高的測量精度和較快的響應(yīng)速度,而且具有可靠性高、不干擾流場、受氣體環(huán)境影響小等優(yōu)點,在燃燒場診斷[1-9]、大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測[10-12]等方面已有一定應(yīng)用,但研究對象大都為高溫環(huán)境或小腔室,未見用于鋼制安全殼等大空間內(nèi)較低溫的測量。

        吸收光譜測量技術(shù)的實驗方法主要有固定波長法、波長掃描法和波長調(diào)制法。其中,波長掃描-直接吸收法應(yīng)用最為廣泛,它是利用鋸齒波信號調(diào)制半導(dǎo)體二極管激光器的輸出,使激光掃描整個吸收線的線型。通過積分整個吸收線型得到積分吸收率,然后根據(jù)積分吸收率與溫度的關(guān)系得到被測氣體溫度。

        本文選擇一對H2O分子吸收譜線進(jìn)行溫度測量。利用已建成的鋼制安全殼試驗臺架,嘗試采用波長掃描-直接吸收法用于殼內(nèi)溫度測量,驗證該技術(shù)用于大空間溫度場測量的可行性。

        1 測量原理

        利用TDLAS技術(shù)對氣體溫度進(jìn)行測量,其理論依據(jù)為比爾-朗伯定律[13]:

        (1)

        式中:It和I0分別表示頻率為v的激光穿過被測氣體后的光強和基準(zhǔn)光強,mW;Kv為吸收率,cm-1;L為吸收路徑長度,cm。其中,吸收率可表示為:

        (2)

        譜線的線強度可以通過HITRAN分子光譜軟件[14]進(jìn)行查詢計算。但為便于程序使用,線強度S(T)可由下式計算得到[1]:

        (3)

        式中:T0為參考溫度;Q為氣體分子內(nèi)部分割函數(shù);E″i為低躍遷態(tài)的能量;v0,i為躍遷態(tài)的頻率;k為波爾茲曼常數(shù);h為普朗克常數(shù);c為光束,最后一項為激勵輻射,在波長低于2 μm和溫度低于2 500 K的情況下可以忽略此項。

        由式(1)和(2)可得:

        (4)

        分子內(nèi)部分割函數(shù)Q可通過查詢HITRAN數(shù)據(jù)庫得到,也可通過多項式擬合[1]的方式計算得到。

        式(2)兩端對頻率積分可得到該譜線的積分吸收率A=∫Kvdv。由于φ(v)在整個頻域范圍內(nèi)的積分值為1,因此積分吸收率只和溫度和組分濃度有關(guān)。依據(jù)掃描波長-直接吸收法,利用兩條獨立的吸收線按一定掃描周期依次穿過被測氣體,則它們的積分吸收比R可表示為:

        (5)

        將式(4)代入式(5),則有:

        (6)

        式中:I01和It1分別為吸收線1的參考光強和出射光強;I02和It2分別為吸收線2的參考光強和出射光強。

        由式(6)可以看出,R可看成是溫度T的單值函數(shù)。若R-T的關(guān)系已知,則通過測量兩條被測氣體吸收譜線的積分吸收比值便可計算出氣體溫度。

        2 譜線選擇

        測量前進(jìn)行譜線選擇主要有兩個目的:①盡量避免其他氣體的吸收譜線對測量的干擾,防止出現(xiàn)吸收譜線重疊;②保證待選擇的吸收線有較大的譜線強度,有利于增加測量精度。

        選擇譜線[15]主要從譜線的強度、位置、溫度特性以及測溫靈敏度等方面進(jìn)行綜合考慮。首先,吸收線須有較高的峰值吸收率,以保證高信噪比,但同時吸收率不能過高,否則透射光會很弱,導(dǎo)致探測器低信噪比。其次,在選擇孤立線時,一般是將距離譜線中心線5倍半寬的頻率范圍內(nèi)沒有其他吸收線干擾的吸收線作為孤立吸收線,但該條件在實際操作中可適當(dāng)放寬。同時,選擇譜線應(yīng)具有較高的低能級能量以保證在測量范圍內(nèi)有較好的溫度特性。而為提高譜線的測溫靈敏度,應(yīng)盡可能加大兩條孤立吸收線的低能級能量差。

        由于實驗過程中殼內(nèi)氣體溫度在273~373 K范圍內(nèi)變化,依據(jù)上述原則,利用HITRAN數(shù)據(jù)庫選擇了1對H2O分子吸收線,其中心頻率分別為7 181.155 8和7 166.050 4 cm-1。

        3 實驗系統(tǒng)

        如圖1所示,TDLAS測溫系統(tǒng)由激光器、激光控制器、信號發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光電探測器、示波器以及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。激光器選用的是德國SACHER公司的DFB半導(dǎo)體激光器,其典型功率為10 mW,激光譜線半寬小于10 MHz。激光探測器選用的是高精度鍺探測器。激光器控制器用于改變激光器的輸出波長和功率,利用控制器電流來調(diào)節(jié)激光器的輸出功率,激光波長的調(diào)節(jié)可通過改變控制器的溫度來實現(xiàn)。

        圖1 TDLAS測溫系統(tǒng)原理框圖

        為驗證TDLAS技術(shù)在大空間溫度測量方面的有效性,將上述TDLAS測溫系統(tǒng)應(yīng)用于已搭建的鋼制安全殼試驗裝置,如圖2、3所示。

        圖2 鋼制安全殼 圖3 TDLAS測溫技術(shù)在安全殼裝置上的應(yīng)用

        實驗流程如下:首先利用信號發(fā)生器輸出的三角波來調(diào)制控制器的輸出電流,實驗時應(yīng)保證控制器掃過所選定的兩條吸收線。激光器依據(jù)控制器的電流信后輸出一定頻率的激光,該激光經(jīng)單模光纖耦合后傳送到準(zhǔn)直器。激光信號經(jīng)石英玻璃窗口穿過被測氣體時,選定的兩條吸收線光強因一部分被H2O分子吸收而減弱。透射激光由放置在被測氣體另一側(cè)的鍺探測器接收并轉(zhuǎn)換為電信號。信號經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后送入計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,最后可得到被測氣體溫度。

        4 實驗結(jié)果

        利用波長掃描法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通常選取遠(yuǎn)離吸收峰的原始數(shù)據(jù)點用于基線擬合,原始吸收信號及擬合后的基線如圖4所示。用擬合基線歸一化整個吸收線型的吸收率,并用Voigt線型進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖5所示,吸收線型輪廓經(jīng)數(shù)值積分后可得到積分吸收率。

        圖4 原始吸收數(shù)據(jù)及基線擬合

        圖5 Voigt線型擬合

        實驗時,殼內(nèi)溫度變化范圍在273~373 K之間,壓力為0.1 MPa,光程長度為1 m。通過線型擬合和數(shù)值積分后,可求得H2O分子吸收線7 166.050 4 cm-1與7 181.155 8 cm-1的積分吸收比R,最后再依據(jù)R-T曲線便可得到殼內(nèi)氣體溫度。經(jīng)多工況實驗測量,結(jié)果表明,在273~373 K范圍內(nèi),TDLAS方法的線性誤差小于1%,最大波動為±2 K,從而驗證了該方法的有效性和可行性。

        5 結(jié) 語

        基于波長掃描-直接吸收法建立了一套TDLAS測溫系統(tǒng),選取的吸收譜線為1 392.5 nm附近的兩條H2O吸收線7 181.155 8 cm-1和7 166.050 4 cm-1。

        將TDLAS測溫系統(tǒng)應(yīng)用于安全殼傳熱實驗,在273~373 K范圍內(nèi)線性誤差小于1%,最大波動為±2 K,基本滿足實驗要求。作為一種新型的非接觸式溫度測量方法,TDLAS技術(shù)在大空間氣體溫度測量中具有一定應(yīng)用前景。

        [1] Webber M E.Diode laser measurements of NH3and CO2for combustion and bioreactor applications[D]. Stanford: Stanford University, 2001.

        [2] 李 飛, 余西龍, 顧洪斌, 等. 超燃燃燒室氣流參數(shù)診斷[J]. 力學(xué)學(xué)報, 2011, 43(6):1061-1067.

        [3] 宋俊玲, 洪延姬, 王廣宇, 等. 基于激光吸收光譜技術(shù)的燃燒場氣體溫度和濃度二維分布重建研究[J]. 物理學(xué)報, 2012, 61(24):240702.

        [4] 姜治深. 可調(diào)諧激光半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù)應(yīng)用于火焰中氣體濃度和溫度二維分布重建的研究[D]. 杭州:浙江大學(xué), 2011.

        [5] 李 寧, 王 飛, 嚴(yán)建華, 等. 利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)對氣體濃度的測量[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2005, 25(15):124-126.

        [6] 陶 波,趙新艷,胡志云,等. 基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜波長調(diào)制技術(shù)在線測量燃燒場溫度[J]. 強激光與粒子束, 2011, 23(6):1497-1500.

        [7] 羅淑芹. 基于TDLAS的CO2氣體檢測分析系統(tǒng)[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2013.

        [8] 姜治深,王 飛,刑大偉,等. 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)應(yīng)用于平面火焰中氣體濃度二維分布重建的研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(11):2891-2896.

        [9] 楊 斌,何國強,劉佩進(jìn),等. 用于燃?xì)鉁囟葴y量的單激光器吸收光譜系統(tǒng)設(shè)計[J]. 傳感技術(shù)學(xué)報,2011,24(5):647-652.

        [10] 王 健, 黃 偉, 顧海濤, 等. 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜法測量氣體溫度[J]. 光學(xué)學(xué)報, 2007, 27(9):1639-1642.

        [11] 董鳳忠, 闞瑞峰, 劉文清, 等. 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)及其在大氣質(zhì)量監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 量子電子學(xué)報, 2005, 22(3):315-325.

        [12] 何 瑩,張玉鈞,王立明,等. 大尺度區(qū)域水汽濃度激光檢測方法的研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(3):608-612.

        [13] 車 璐,丁艷軍,彭志敏. TDLAS技術(shù)中諧波信號的理論推導(dǎo)與實驗研究[J]. 應(yīng)用物理,2012(2):92-97.

        [14] Rothman L S, Rinsland C P, Goldman A,etal.The HITRAN2012 molecular spectroscopic database[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2013,130:4-50.

        [15] 余西龍, 李 飛, 陳立紅, 等. 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜診斷燃燒參數(shù)[J]. 空氣動力學(xué)學(xué)報, 2009, 27(增刊):95-100.

        Gas Temperature Measurement in Containment Vessel Experimental Facility with Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy

        HAOZu-long,XINMing-wei,WANGZhi-yuan

        (Beijing Key Laboratory of Passive Safety Technology for Nuclear Energy,North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

        In view of deficiencies of traditional temperature measuring method by thermocouple, a new kind of non-contact technology bsed on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) was investigated in order to measure the gas temperature in containment vessel experimental facility. A brief principle of TDLAS technology and selecting rules of absorption lines was introduced. A pair of H2O absorption lines, 7 181.155 8 cm-1and 7 166.050 4 cm-1, were optimally selected. A new temperature measuring system using TDLAS technique was set up on the basis of the existing steel containment vessel, and the wavelength scanning-direct absorption method was used to obtain its internal temperature. Experimental results showed that the linear error and maximum fluctuation of the measured gas temperature were 1% and ±2 K, respectively. Within the temperature range of 273-373 K, and the measured temperature could reflect accurately the average temperature of a certain optical path inside the vessel. The TDLAS technology could be used to measure gas temperature in large enclosure.

        testing equipments; spectroscopy; temperature measurement; tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS)

        2014-12-16

        中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助(2014MS52)

        郝祖龍(1980-),男,河南焦作人,講師,現(xiàn)主要從事核反應(yīng)堆控制、先進(jìn)熱工測量技術(shù)等研究。

        Tel.:010-61773173;E-mail:haozulong@163.com

        N 33

        A

        1006-7167(2015)10-0059-03

        猜你喜歡
        安全殼吸收率吸收光譜
        CAP1000嚴(yán)重事故下安全殼超壓緩解策略研究
        LF冶煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鈣處理吸收率影響因素研究
        山西冶金(2021年3期)2021-07-27 10:46:40
        原子吸收光譜分析的干擾與消除應(yīng)用研究
        同位素技術(shù)測定鈣吸收率的維生素D補充臨床試驗薈萃分析
        CAP1400鋼制安全殼現(xiàn)場組裝焊接質(zhì)量控制
        中國核電(2017年2期)2017-08-11 08:01:04
        淺析原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
        茶油氧化過程中紫外吸收光譜特性
        大型干式安全殼嚴(yán)重事故下超壓失效概率研究
        核電廠直接安全殼加熱事故的數(shù)值模擬與分析
        冷凍組織射頻比吸收率規(guī)律的研究
        麻豆亚洲av熟女国产一区二| 日本肥老熟妇在线观看| 亚洲av熟女天堂久久天堂| 久久国产精品亚洲婷婷片| 人妻少妇精品无码专区二区| 人妻丰满多毛熟妇免费区| 国产精品网站在线观看免费传媒| av大片在线无码免费| 69堂在线无码视频2020| 日本在线观看一二三区| 久久久噜噜噜久久| 日韩精品无码久久一区二区三| 国产精品亚洲A∨无码遮挡| av影片手机在线观看免费网址| 国产精品久久久久免费观看| 国产精品揄拍100视频| 亚洲国产不卡av一区二区三区 | 久久综合激情的五月天| 亚洲sm另类一区二区三区| 97久久久久人妻精品专区| 亚洲精品2区在线观看| 久久人妻一区二区三区免费| 国产女人水真多18毛片18精品| 国产成人精品三级91在线影院 | 久久精品日韩av无码| 青青手机在线视频观看| 三级国产精品久久久99| 97人妻碰碰视频免费上线| 久久久久亚洲AV成人网毛片| 国产大屁股熟女流白浆一区二区| 国模冰莲极品自慰人体| 一群黑人大战亚裔女在线播放| 精品国产自拍在线视频| 国产精品亚洲三级一区二区三区| 国产精品一区二区无线| 丁香婷婷色| 精品一区二区三区亚洲综合| 欧美人与禽zozzo性伦交| 澳门精品无码一区二区三区| 亚洲色图第一页在线观看视频| 国产一级内射视频在线观看|