復雜介質中超細含碳微粒的激光測量實驗研究.pdf

1、大氣中超細顆粒物(PM2.5)的產(chǎn)生途徑主要包括直接排入大氣中的一次粒子，以及大氣中的氣態(tài)前驅物通過光化學作用轉化生成的二次粒子。其主要來源分為自然源（土壤、風沙、灰塵等）以及人為源（電廠、機動車尾氣排放等）。PM2.5富集各種重金屬元素和多環(huán)芳香烴等有機污染物，不但可引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病、肺功能下降和癌癥等人體健康負效應，而且能造成溫室效應增強、臭氧層破壞等一系列環(huán)境問題。為了限制PM2.5的排放，我國2016年開始實施PM2.5排放標準

2、:要求年平均排放量小于35μg/m3，24小時平均排放量小于75μg/m3。本論文的主旨在于通過激光測量方法，開展高溫環(huán)境下復雜介質中超細含碳顆粒物的濃度以及粒徑的快速檢測研究，為進一步研究燃燒機理、燃燒優(yōu)化運行以及固體顆粒污染物排放控制等提供科學依據(jù)。
　　 主要通過搭建實驗光路系統(tǒng)，開展激光誘導輻射檢測不同燃燒介質中含碳超細顆粒物的濃度以及粒徑的實驗研究。采用單波長消光法以及透射電鏡對丙烷燃燒產(chǎn)生碳煙顆粒的濃度和粒徑進行了標

3、定。采用雙波長消光法對不同流量氫氣燃煤火焰中符合瑞利散射條件的納米級顆粒體積濃度進行了驗證。
　　 首先，以丙烷湍流火焰中碳煙的激光誘導輻射信號為研究對象，分析激光信號通道與待測信號通道兩種不同觸發(fā)源對信號檢測的影響，得出不同觸發(fā)源的適用范圍。
　　 接著，采用雙色激光誘導輻射法研究丙烷火焰中碳煙顆粒的激光誘導輻射信號，得出丙烷擴散火焰不同高度產(chǎn)生的碳煙顆粒體積濃度，并采用消光法對其結果進行了驗證。對于丙烷燃燒產(chǎn)生碳煙顆

4、粒粒徑的檢測，采用高能脈沖激光照射丙烷湍流火焰，對受熱碳煙微粒激光誘導輻射光譜時域信號采用時間分段平均降低噪聲最小擬合的方法，確定在湍流火焰中隨火焰高度變化時，碳煙粒徑的分布情況，并用透射電鏡驗證了測量結果。
　　 最后，對于燃煤氫氣火焰中不同尺度含碳粒子相對含量以及粒徑的測量，采用高能脈沖激光束照射火焰中的碳粒子，提出多段式指數(shù)函數(shù)擬合不同尺度受熱粒子激光誘導輻射光譜時域混合信號的方法，同時結合Kn數(shù)判斷受熱粒子所處的流動區(qū)域