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超音速氧碘化学激光试验研究_百度文库

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第8卷第2期 1996年5月 强 激 光 与 粒 子 束.8,No.2 Vol May, 1996HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS 超音速氧碘化学激光实验研究 桑凤亭 陈 方 杨柏岭 孙以珠 金玉奇 逄景科 顾成洲 王 麟 庄 琦 (中国科学院大连化物所,大连110信箱,116023) 摘 要 在一台5kW超音速氧碘化学激光器装置上采用转网式单重态氧发生器,在Cl2流量为150mmol s时输出功率已超过1kW,提出了简化预混的超音速氧碘化学激光理论模型。 关键词 超音速 氧碘化学激光 L)hasbeencon2ABSTRACT A5kWsupersonicchemicaloxygen-iodinelaser(COI structed.Arotatingmeshtypesinglet-deltaoxygengenerator(SOG)isusedthatappearstobesimpler,lighterinweightandmoreefficientthantherotatingdiskSOG.Anoutputpowerof1kWfromthissupersonicCOILhasbeenachievedbyusingtherotatingmeshSOGataCl2flow .TheoreticalmodelingofsupersonicCOIrateof150mmol sLbasedonasimplifiedpremixed modelisgiven. KEYWORDS Supersonic,chemicaloxygen-iodinelaser 0 引 言 [1]1978年McDermott首先演示成功连续波亚音速氧碘化学激光器(COIL),接着在一 些国家获得进一步发展[2～6]。不过对于连续波超音速COIL研究的报导较少,在超音速 1COIL研究中其关键技术是如何获得高分压同时高浓度的单重态氧O2(∃),文献中报导 过两种单态氧发生器(SOG),即转盘式[7]和喷射式[8]。本文提出了一种新型的转网式SOG,它兼有前述转盘式及喷射式SOG的优点,不仅结构简单和重量轻,而且能产生较高分压和浓度的单重态氧而水蒸汽含量又低,在我们连续波超音速COIL实验中采用了电加热式碘蒸汽发生器和简单的二维喷管和稳定谐振腔,在Cl2流量为150mmol s时输出功率超过1kW。 1 实 验 111 转网式SOG 单重态氧O2(1∃)是通过Cl2气和碱性过氧化氢(BHP)溶液按以下反应式发生的: 1Cl2+2KOH+H2O2→O2(∃)+2KCl+2H2O 在SOG中,Cl2通过扩散进入液相与 BHP反应,反应产生的单重态氧再扩散离开气液界面返回气流中。 在设计高效的SOG时必须考虑并解决以下几个问题: (1)单重态氧BHP液体中的寿命约5Λs,所以设计SOG时必须特别注意单重态氧在液相中的快速猝灭过程。 1995年7月13日收到原稿,1996年1月29日收到修改稿。 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第2期桑凤亭等:

超音速氧碘化学激光实验研究275(2)气体反应物向液相的扩散过程和产物离开气液相界面的扩散过程都较慢,所以高效的SOG必须具有足够大的BHP反应表面。 (3)单重态氧在气相中的猝灭也较快,其主要猝灭通道是通过下列过程: 1113O2(∃)+O2(∃)→O2(2)+O2(2) 其中O2(12)是O2的更高的电子激发态;O2(32)是O2的基态。该过程的速率常数k=217×10-17(cm3 s)。mol 对于上述双分子过程可以求得 PΣ=常数3 其中P3为单重氧O2(1∃)的分压,Σ是O2(1∃)在气相中停留的时间。即意味着如要获得高的O2(1∃)分压P3,则O2(1∃)在气相中停留时间必须极短,也即在SOG中产生的O2(1∃)必须尽可能快地进入喷管与I2混合。 (4)在谐振腔中,水蒸汽对激发态碘原子的猝灭极快。 22I(p1 2)+H2O→I(p3 2)+H2O+Q 其速率常数k=2×10-12(cm3 s)。mol 上述过程的严重性在于放出的大量热将形成热堵塞,使腔压明显升高甚至使激射停止。所以在设计SOG时必须使BHP能保持在低温,在保证BHP不凝固的条件下使O2 (1∃)气流中含水蒸汽最少。 我们设计使用的转网式SOG兼有湿壁式和喷射式SOG的优点,旋转的多层网转过BHP液池在网上形成湿壁式反应表面,而循环的BHP液体喷射下来与多层网碰撞后形成细BHP液滴,增加了大量的BHP与Cl2反应的表面,所以转网式SOG的结构可以提供大的反应表面,同时使O2(1∃)停留时间很短。 转网式SOG的结构非常简单,它由一个不锈钢壳体和螺旋式安装的不锈钢网以及一台BHP循环泵组成,壳全的直径为450mm、长500mm,是一个横卧的圆筒,内装可沿圆周方向旋转的不锈钢网,网依螺旋式卷成多层(一般为六层),每层之间约为25mm,网丝直径为015mm,网目为20目。图1为转网式SOG示意图,转网SOG

的最佳转速为 Fig.1 RotatingmeshSOG 图1 转网式单重态氧发生器 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 276强 激 光 与 粒 子 束第8 卷40～60rpm。BHP组成为35%H2O2和35%KOH溶液,按1 1比例,总体积为30L。BHP保持在-10℃以下使水蒸汽压力最低,在SOG运转时保持BHP不断循环。 在SOG之后装有一冷阱以减少气流中水蒸汽的含量,从Cl2气进口处到O2(1∃)浓 1度测试窗口处的孔空间约55L。用电致冷锗探测器记录1127Λm信号强度来测量O2(∃)的 相对浓度,用红外辐射量热法测定O2(1∃)的绝对浓度,O2(1∃)气流中水蒸汽含量用光谱法测量并对文献中的方法作了改进。这里列出转网式SOG的实验结果,并与转盘式SOG的结果作了对比。 sCl2流量 mmol-1 133PaO2分压 1%O2(∃)浓度 1133PaO2(∃)分压 转网式SOG(5450mm) 480 1016 40 412 018 90转盘式SOG(5350mm) 600 8 45 316 015 96133PaH2O分压 %Cl2利用率 112 连续波超音速COIL实验 我们建立了一套5kW连续波超音速COIL装置,图2是该装置的示意图

。 Fig.2 Schematicofa5kWCWsupersonicCOILsetup 图2 5kW超音速COIL装置示意图 采用前述转网式SOG获得了流量大、分压高的O2(1∃)经冷阱除水蒸汽后进入O2 (1∃)与I2混合的二维超音速喷管如图3所示,I2蒸汽流由一个电加热碘蒸发器产生,在喷管的亚音速区与通过一根开有一系列细孔的碘喷管喷出的碘蒸汽混合,然后通过截面为1cm×50cm的喉道后形成超音速O2(1∃)与I2的混合气流进入谐振腔,目前使用的是稳定谐振腔,稳定腔由两块直径为70mm的石英镜组成,其中一块为透过率约5%的平面输出镜,另一块为反射率大于9915%的球面全反镜,两镜间的距离为1m。 在Cl2流量为150mmol s时,输出功率可超过1kW,图4是超音速COIL实验的典© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

第2期桑凤亭等: 超音速氧碘化学激光实验研究277 Fig.3 SupersonicO2-I2mixingnozzle 图3 超音速O2-I2 混合喷管 Fig.4(a)Chlorineflowrateand(b)outputpower 图4(a)氯流量及(b)

输出功率 Fig.5 Smallsignalgain.11O2(1∃) O2 I2 H2O Cl2 He=45 45 2 10 10 400,v=50m s;21O2(1∃) O2 I2 H2O Cl2 He=45 45 2 10 10 400,Ae At=2,pc Pe=1219,Ma=2132,v=850m s 图5 小信号增益的理论计算值 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 278强 激 光 与 粒 子 束第8 卷 型数据。 还进行了超音速COIL预混一维模型计算,由模型算得超音速COIL的小信号增益系数在1×10-2cm-1量级,并与亚音速COI小信号L的小信号增益系数作了比较,见图5。增益系数的数值很重要,因为只有当它达到一定值时才有可能采用非稳定谐振腔。 致 谢:该项目由陈方领导的课题组完成。 参考文献 1 McDermottWE,PchelkinNR,BenardsDJ,BousekRR.AnelectronicTransitionChemicalLaser.ApplPhysLett,1978,32:469 2 BacharJandRosenwaksS.ApplPhysLett,1982,41:16 3 YoshidaS,FujiiH,SawanoT,EndoM,FujiokaT.ApplPhysLett,1987,51:14904 PigacheD,GeorgesEandLouretY.9thInternationalSymposiumonGasFlowandChemicalLasers.SPIE,1992,1810:528 5 SangF,GuE,LiFetal.CLEO′93 6 KryukovPG.25thAIAAPlasmadynamicsandLasersConference,AIAA-94-2420,June19947 HarpoleGM,EnglishWD,BergJGandMillerDJ.23thAIAAPlasmadynamicsandLasersConfer2ence,AIAA-92-3006,July1992 8 ZagidullinMV,YuKurovAetal.SovJQuantElectr,1991,21:747 9 宋雪琴等.用红外辐射-量热法测定O2(1∃)绝对浓度的研究.分析仪器,1987,(4):1

EXPERIMENTALINVESTIGATIONON SUPERSONICCOIL SangFengting,ChenFang,YangBailing,SunYizhu,JinYuqi,PunJingke, Guchengzhou,WangLing,andZhuangQi DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian,116023A5kWsupersonicchemicaloxygen-iodinelaser(COIL)hasbeenconstructed,inwhicharotatingmeshtypesinglet-deltaoxygengenerator(SOG)isused.TherotatingmeshtypeSOGcombinesthead2

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单线态氧的测量

单线态氧的测量


d O2 1 dt k1 O2 1 2 - k2 H2O k6 Cl2 k7 O2 3
O（2 1 ）
（13）
由于H2O的存在，而且H2O对O2（1∑）具有强烈的脱活 作用 ,因此 O2（1∑）满足稳态 条件：
另外，由关系式
Pa P
（26）
将（25）式代入得到
Pa P0exp -P
即
lnP/Pa -ln0 P
（27） （28）
可以知道 lnP/Pa 与P之间呈线性关系
可以见图 2
我们进一步分析，可以知道Yshida的关系式（4）仅是我 们提出的（25）式的一个近似解，如果
根据反应式(2) , 测出1270 nm光的光子速率 ,根据爱因斯 坦自发辐射系数( A 1)可计算出O2 (1Δ)的绝对浓度。
测试1270 nm光子速率 ,我们采用了体光源模拟标定法 ： 先用一个已经标定的活塞式光源去模拟一个与测试光池形 状一样的体光源 ,用一个由具有低相差失真的光学系统和 探测接收系统组成的测试系统测量这个体光源 ,这样就标 定了测试系统对该体光源的响应灵敏度。
本方法的主要优点是简单易行 ,可实时测量和显示 ,数据 存储方便等。
2 测量原理 2.1 O2(1Δ)绝对浓度测量 生成 O2 (1Δ) ，其反应 H2O2 + 2MOH + Cl2 →O2 (1Δ) + 2MCl + 2H2O (1) 在单重态氧发生器出口气流中 ,除了 O2 (1Δ)外还有H2O、 H2O2、 Cl2、 O2 (1Σ) 、 O2 (1Δ) 和 O2 (3Σ) 等气体。
然后把单重态氧发生器出口气流引入测试光池中 ,形成 一个实际体光源 ,用同一个测试系统去检测 。
《超音速气动荷电雾化降尘性能实验研究》范文

《超音速气动荷电雾化降尘性能实验研究》范文

《超音速气动荷电雾化降尘性能实验研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，大量的粉尘污染问题逐渐凸显，给环境和人体健康带来了极大的危害。

超音速气动荷电雾化技术作为一种新型的降尘技术，具有效率高、节能环保等优点，受到了广泛关注。

本文将就超音速气动荷电雾化降尘性能进行实验研究，以期为该技术的进一步应用提供理论依据。

二、实验原理及方法1. 实验原理超音速气动荷电雾化降尘技术主要利用超音速气流对粉尘颗粒进行荷电和雾化，使粉尘颗粒在电场力的作用下凝聚成大颗粒，进而被捕获和清除。

该技术具有高效、节能、环保等优点，可广泛应用于矿山、冶金、化工等行业的粉尘治理。

2. 实验方法本实验采用超音速气动荷电雾化装置，对不同粒径、不同浓度的粉尘进行降尘性能测试。

实验过程中，通过调整装置的参数，如气流速度、电压等，观察并记录降尘效果，分析各因素对降尘性能的影响。

三、实验过程及结果分析1. 实验过程实验过程中，首先将超音速气动荷电雾化装置安装好，然后按照预设的参数进行调试。

接着，将一定浓度的粉尘引入装置，观察并记录降尘效果。

为保证实验数据的准确性，每个工况下的实验均重复三次。

2. 结果分析通过对实验数据的分析，我们发现超音速气动荷电雾化技术对不同粒径、不同浓度的粉尘均具有较好的降尘效果。

在一定的气流速度和电压下，降尘效率随着粉尘粒径的增大而提高，随着粉尘浓度的增加而降低。

此外，我们还发现，通过调整装置的参数，可以有效地提高降尘效率。

四、影响因素及优化措施1. 影响因素超音速气动荷电雾化降尘性能受多种因素影响，如气流速度、电压、粉尘粒径、粉尘浓度等。

其中，气流速度和电压是影响降尘性能的关键因素。

适当提高气流速度和电压，可以有效地提高降尘效率。

然而，过高的气流速度和电压可能导致设备能耗增加，甚至对设备造成损坏。

因此，在实际应用中，需要找到一个合适的平衡点。

2. 优化措施为提高超音速气动荷电雾化降尘性能，我们可以采取以下优化措施：(1) 优化设备结构：通过改进设备结构，提高设备的稳定性和可靠性，降低设备能耗。

单线态氧的测量

单线态氧的测量


1 O2 1
a b
O2
1
-1 0

a
b expbt
（20）
其中 O2 1 0 发生器出口处的 O2 1 的摩尔浓度
由已知的反应速率常数和实验数据
a b 1 O2 1 0
（21）
利用近似结果（21）、（20）式可以简化为
剂。它们对O2 (1Σ)的淬灭速率常量之比:5. 5×105∶3 ×104∶ 200∶ 4∶ 1。
在约273 K时 ,由于 H2O 的饱和蒸气压为 H2O2 的 16 倍 , 速率常数又大近十倍 ,故H2O2 淬灭可以忽略不计。
其他淬灭剂照此类推也可得出此结论。
因此可以认为在单重态氧发生器产物中对O2 (1Σ)淬灭起 决定作用的是气相 H2O。
我们提出了用模拟体光源方法对 O2 (1Δ)和水汽的绝对浓 度同时进行测量的实验方案。
该方案依据体光源模拟标定法测光子速率的原理,分别 测试了 O2 (1Δ) 自发辐射的1270 nm光子和 O2 (1Σ)辐射的 762 nm 光子的光子速率 ,从而计算出了 O2 (1Δ)和 H2O 的 绝对浓度。
O（2 1）
（16）
由于在O2（1△）的气相传输过程中，系统中总氧的 摩尔浓度保持不变，即
O21 O23 O2 （17）
我们认为H2O对O2（1∑）强烈脱活，所以O2（1∑）浓度很 小，可以忽略，得到
O23 O2 - O21
（18）
将（18）代入（16）得到
O（2 1） H2O k3O（2 3 ） H2O（7） k3 5.610-18 cm3mol-1s-1
O（2 1） Cl2 k4 O（2 3 ） Cl2 k4 6.010-18 cm3mol-1s-1
氧碘化学激光器废气排放污染评价

氧碘化学激光器废气排放污染评价


（１）
收稿日期：２０１５１１１０； 修订日期：２０１６０１２２ 基 金 项 目 ：激 光 与 物 质 相 互 作 用 国 家 重 点 实 验 室 基 金 项 目 （ＳＫＬＬＩＭ１２０３） 作 者 简 介 ：任 伟 艳 （１９７９— ），女 ，硕 士 ，从 事 化 学 激 光 技 术 研 究 ；ｒｅｎ＿ｗｅｉｙａｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
部 空 间 中 风 速 是 均 匀 、稳 定 的 ；（３）源 强 是 连 续 均 匀 的 ；（４）在 扩 散 过 程 中 污 染 物 质 量 是 守 恒 的 。
在 这 些 假 定 的 条 件 下 ，下 风 方 任 一 点 （狓，狔，狕）的 污 染 物 平 均 浓 度 分 布 函 数 可 表 示 为 犮（狓，狔，狕）＝犃（狓）ｅ－犪狔２ｅ－犫狕２
的废气扩散模型，并利用模型计算激光器废气排放后１５ ｍｉｎ内，不同风速下距地面１．５ ｍ 高度处氯气浓度。
由于碘蒸气从激光器排至压力恢复系统的过程中，会 部分发 生凝 结和吸 附，排 至 环 境 的 总 量 难 以 计 算，因
此未进行理论计算。
１．１ 废 气 扩 散 模 型 ［５］ 对于点源扩散的高斯模式，遵循以下几点假定：（１）污染物浓度在狔，狕 轴上的分布符合高斯分布；（２）在全
１ 废 气 污 染 状 况 理 论 分 析
氧碘化学激光器运行过程中，废气 由 真 空 系 统 抽 出，通 过 一 个 高 ２０ ｍ 的 烟 囱 排 入 大 气。 以 烟 囱 为 中 心，
５００ ｍ 范围内地势平坦，有低矮建筑物。根据上述条件，可 应 用 高 斯 点 源 扩 散 正 态 分 布 模 式，建 立 氧 碘 激 光 器
０７１００３１
强激光与粒子束
式 中 ：犪，犫 为 无 量 钢 系 数 。