用于环境效应试验的光学辐照模拟系统的研究

发布时间：2020-05-17 05:38

【摘要】：目前城市空气污染日趋严重,以臭氧和PM2.5为特征的复合型大气污染问题尤为突出。为了改善空气质量,臭氧和PM2.5的协同防治显得尤为重要。用于环境效应试验的光学辐照模拟系统是太阳模拟器的一种,它为环境效应试验提供辐照背景,主要用于研究汽车尾气中臭氧和PM2.5在大气中形成和转化的影响因素,这对研究环境效应的机理和提出改善污染环境的措施具有重要意义。本文着重研究了光学辐照模拟系统的光学设计和结构设计,并对所设计的系统进行了性能试验。首先,对于光学设计,利用ZEMAX软件对所设计的全光谱辐照单元和紫外UVB辐照单元辐照不均匀度进行了仿真,创新性地提出了辐照度衰减模式的概念,并以此为基础对全光谱辐照单元辐照不均匀度进行了优化,并对光源散热进行热学分析。其次,根据系统的要求,对光学辐照模拟系统进行结构设计,包括底板组件、侧壁组件、活动顶板组件、上驻室、入口框和出口框组件以及外框架,同时对光学系统气密箱体主要承重部件进行力学分析。最后,为了验证系统是否能满足设计要求,还对光学辐照模拟系统进行性能试验。经过测试,当计算平面距试验段底面距离为0.2m时,全光谱辐照单元辐照不均匀度和辐照不稳定度均优于±10%,紫外UVB辐照单元辐照不均匀度优于±15%,达到了国家标准的要求,并且在辐照度为280W/m~2时全光谱辐照单元启动辐照度衰减模式,辐照不均匀度优化为6.7%,得到的仿真结果和实验结果一致。在280W/m~2条件下,全光谱辐照单元启动辐照度衰减模式,在所设计的光学辐照模拟系统中进行环境效应试验。该环境效应试验主要研究汽车尾气中臭氧和PM2.5在大气中形成、转化的影响因素,通过分析温度、湿度、尾气体积分数等因素影响,进而提出改善污染环境的措施。
【图文】：

工作流程图,光照系统,工作流程图,辐照度

控制光辐照传感器，该传感器测量辐照面内的辐照均匀性照度测量信号进行一次采样，计算出辐照度和辐照不均匀度时控制程序还根据辐照度实际值与设定值的偏差，调整电输出，对辐照度实现闭环控制。电流内环反馈与辐照度外环控制系统，实现辐照均匀性的控制，也用来实现辐照度采用两种控制方式，即手动控制和自动控制。制设在设备现场，用于试验前和冷却系统维修时的调试，其控机启动和停止，具有最高的优先级。手动控制由人机界面结有操作直观、安全自锁的优点。制由控制中心监控计算机执行，用于系统调试和试验运行控可自动控制电源功率，对温度和辐照度能够实现自动显示能对测量数据进行历史记录，还可进行数据处理和分析，，

示意图,总体结构,示意图,组件

且其转速可根据光源开启的数目进行调整。图 2.3 总体结构示意图2.3.2 系统的总体布局光学辐照模拟系统结构总长为 28950mm，轴线标高 2.5m，其机械结构部分主要包括底板组件、侧壁组件、活动顶板组件、上驻室、入口框和出口框组件以及外框架，系统结构总体布局如图 2.4 所示。图 2.4 系统结构总体布局图底板组件安装固定在外框架上，形成机械结构的底平面，前 24m 段底板组件具有独立加热和制冷的功能。侧壁组件设计成内承压外保温的结构，其中 8 段有观察、光学测量、采样以及投放等窗口，一段有工作门。侧壁组件安装在试验段底板组件上，一端与入口框组件相接，另一端与出口框组件相接，每段侧壁组件外侧上有两个固定座和 6 个支撑杆与试验段外框架相连。上驻室组件由多块板组成，设计成内承压外保温的结构，开有三处500mm×500mm 人孔。上驻室组件安装在侧壁组件上部与外框架之间
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X513

【参考文献】