固体颗粒及加温加压液体辐射物性测量系统设计与验证

摘要

液体和固体颗粒辐射物性参数不仅是航空航天发动机、燃煤锅炉等热能转换装置设计的重要参量，同时也是遥感成像、水质监测、太阳能热化学反应等实践活动过程的重要基础数据，其辐射物性的获取与准确性对众多领域均有很大影响。模拟计算方面，经典光学常数模型尚不能对加温加压条件下液体的光学常数进行合理预测。而实验测量所得结果可靠性高，可为模拟计算提供参考和导向作用，但测量固体颗粒和加温加压液体辐射物性的综合系统较为少见。
　　本文开展了加温加压条件下的辐射物性测量系统的研究设计工作，组建的新系统能够实现加温固体颗粒和加温加压液体测量两种工作模式的切换，系统可实现常温到200℃温度调节和常压到0.5MPa的压力调节。
　　在系统设计优化方面，首先，分析常规样品池在加温和加压方面的不足，对样品池整体进行了加温和加压模拟分析，改进了样品池结构。综合考虑厚度对光学窗口透射率和机械性能的影响，选择2mm厚度的光学窗口，其次，设计了信息采集控制系统，采用耐高温压力变送器和温度采集模块实时获取系统工况，使用PID算法实现系统工作时温度自动控制，为系统提供恒温恒压测量环境。最后，以椭圆偏振光谱仪为平台组建测量系统，结果表明，系统温度和压力稳定性良好，温度平均测量值与设定值偏差小于0.1℃，压力平均测量值与指定压力偏差小于1.7kPa。样品池最大温差为8℃，温度均匀性良好，自由降压时40分钟内压力降低15kPa，系统的液密性良好。
　　在系统可行性验证和实验测量方面，首先，测量了常温常压下蒸馏水和有机物乙醇的系统总透射率，利用双光程法反演求解得到吸收指数，并与文献进行比对，验证了整套系统的可行性。其次，研究了温度和压力对有机物乙醇和菜籽油辐射物性的影响。结果表明，温度对乙醇辐射物性的影响较大，相对于20℃时50℃和80℃最大变化率为17.1％和50.3%。而压力对其影响较小，相对于0.1MPa时0.3MPa和0.5MPa最大变化率分别达到2.07%和7.44%。菜籽油的辐射物性随温度变化明显，相对于20℃时60℃和100℃的最大变化率分别为21.6%、59.9%。最后，利用椭圆偏振法测量了SiO2光学窗口和太阳能热化学中常的四种催化剂的光学常数。SiO2光学窗口的光学常数在200℃以内对温度的依赖性非常小，光学性能稳定，这些固体颗粒的复折射率较高，能够强烈吸收红外波能量和改变入射光路径，加强反应器内部的热量吸收加快反应。

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第1章 绪论

1.1背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 恒温恒压辐射物性测量系统设计

2.1引言

2.2系统组成及结构实现

2.3系统中温压控制的实现

2.4本章小结

第3章 变光程液固样品池设计

3.1引言

3.2光学窗口材质和厚度的计算与选取

3.3样品池结构设计

3.4样品池加温与加压形变模拟

3.5本章小结

第4章 辐射物性测量系统加温加压测试特性

4.1引言

4.2样品池的制备和系统整合

4.3测量系统温度和压力特性

4.4本章小结

第5章 测量系统的可行性验证和实验测量

5.1引言

5.2测量方法以及理论模型

5.3测量系统可行性验证

5.4乙醇与菜籽油加温加压下辐射物性测量

5.5金属氧化物颗粒辐射物性测量

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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