颗粒物浓度与粒度谱在线监测仪器光学散射系统研究

论文摘要

固定污染源排放烟气中的颗粒物是大气污染物的重要组成部分,对大气环境、人体健康和人类的生活造成了不利的影响,如何对固定污染源排放的颗粒物进行连续在线监测引发了广泛的关注。本文基于Mie散射理论,设计实现了一种探测颗粒物粒径分布和浓度的光学系统。本文首先根据Mie散射理论,提出了一种利用单波长测量颗粒物浓度的方法,并根据这种方法完成了设备结构的设计和分析。通过分析,发现该方法在颗粒物粒径发生变化时对浓度的测量并不准确。固定污染源排放烟气中颗粒物的折射系数通常不会发生明显变化,根据Mie散射理论,散射光信号与颗粒物粒径分布、浓度和入射光波长有关。其中,粒径分布近似符合正态对数分布,可用中值粒径和标准差表达,此时需要求解中值粒径、标准差和颗粒物浓度三个参数,理论上需要三路不同波长的散射光信号来完成计算。于是本文又提出了一种三波长的探测方法,在利用探测器对三路散射光信号的响应实现对颗粒物粒径分布的探测后,根据其中一路的光强响应值探测颗粒物浓度。本文根据三波长的测量原理,通过对单波长设备的改进,设计了三波长测量粒径分布和浓度的设备,并对设备的气路进行了仿真分析。使用三波长结构的设备,不仅能获得颗粒物更多的信息,而且能够使浓度测量更加准确。本文尝试将该设备应用于对火电厂排放烟气中颗粒物的连续监测中,在完成对探测设备的设计之后,利用实验室的现有资源,设计了相关实验平台,使用已有的粒径测量设备和浓度测量设备作为参照,对本设备的测量准确性和稳定性做出了实验验证。该系统的实现最终促使资助课题通过了国家重点研发计划中期检查。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 课题来源与研究内容
•   1.3 国内外研究现状
•   1.4 本文的组织结构
• 2 项目相关理论与技术
•   2.1 光散射理论
•   2.2 软件介绍
•   2.3 本章小结
• 3 单波长光学颗粒物浓度仪的设计与实现
•   3.1 系统设计要求及设计难点
•   3.2 典型的颗粒群光散射法浓度测量系统
•   3.3 系统光学结构设计
•   3.4 光学设计与器件选择
•   3.5 气路设计
•   3.6 本章小结
• 4 三波长光学颗粒物粒径分布测量系统的设计与实现
•   4.1 颗粒物粒径分布变化对浓度测量的影响
•   4.2 燃煤电厂颗粒物的粒径分布
•   4.3 光散射的“三段式”理论
•   4.4 一种颗粒物粒径分布和浓度的测量方法
•   4.5 光电设备的选择
•   4.6 多波长级联系统光学结构设计
•   4.7 本章小结
• 5 实验数据分析
•   5.1 数据测量
•   5.2 实验数据及分析
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 本文工作总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间申请的专利

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁晓东

导师: 朱明,夏东海

关键词: 颗粒物,散射,粒径分布探测,浓度探测

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,环境科学与资源利用

单位: 华中科技大学

基金: 2016年国家重点研发项目“重点行业固定污染源大气排放高精度在线监测技术研发及应用示范”课题一“细,超细颗粒物高精度在线监测技术研发及应用示范”。子任务(子课题):光学散射,衍射颗粒物在线测量技术及其示范应用示,编号:2016YFC0201101-1

分类号: X831;O43

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.003791

总页数: 72

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