基于化学发光溶液示踪的射流浓度场测试分析系统研究

发布时间：2017-09-08 02:11

  本文关键词：基于化学发光溶液示踪的射流浓度场测试分析系统研究

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【摘要】：化学发光是在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象,具有灵敏度高、无需外加光源即可被相机捕捉到光源信息。基于化学发光法具有的上述优势,本论文拟系统研究化学发光溶液作为射流示踪剂的可行性,并探索开发一套用于射流浓度场扩散规律研究的实验装置和测试分析系统,达到能无接触、无干扰、实时动态地获得瞬态浓度场整体信息的目的。本文主要研究内容如下:(1)化学发光示踪溶液体系的优化选择与标定研究。本文选取并探索过氧草酸酯类化学发光体系作为射流示踪剂的可行性。在过氧草酸酯类化学发光体系中,其组分浓度对化学发光的强度有直接的影响,本文通过实验设计分别研究其组分浓度对体系发光效率的影响,从而优选出发光体系作为示踪剂的最佳实验条件。本文还开展了化学发光溶液的标定实验研究,即研究由多组标定样本来确定图像灰度值和浓度值之间的标定曲线,以便将图像的灰度信息(即示踪剂的光强信息)转化为射流示踪剂的浓度信息。(2)射流浓度场扩散实验装置和测试系统设计研究。射流浓度场扩散实验装置共包括三部分:水槽实验装置、射流实验装置、图像采集装置。其中图像采集包括:对话框采集界面、从相机接收扩散信息并保存、采集界面对相机的控制。利用图像采集装置来捕捉射流浓度场时空动态变化的扩散过程,可以达到无接触且不破坏浓度场的目的。(3)静水和动水条件下射流浓度场扩散实验研究。实验包括两部分内容:一是以罗丹明B作为射流示踪物质的浓度场扩散实验研究。其实验目的在于对实验装置系统进行验证实验。二是以化学发光溶液作为射流示踪溶液的浓度场扩散实验研究。分别设计了对静态和横向流动环境中的射流浓度场扩散实验,利用图像采集装置和图像处理程序来捕捉、分析射流浓度场时空动态变化的扩散过程,用以验证过氧草酸酯类化学发光体系作为射流示踪剂来定量描述和分析射流浓度场的扩散特征的可行性。(4)基于Fluent软件的射流浓度场数值模拟的构建。本文采用了“可实现”-k?模型模拟三组基于化学发光的圆射流的掺混和扩散流动过程的实验,比较了实验结果与数值模拟结果,数值模拟的结果进一步验证了以化学发光溶液作为射流浓度场示踪剂可以定量描述和分析射流浓度场的扩散特性。
【关键词】：化学发光 示踪 射流浓度场 图像采集 数值模拟
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;O358
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 选题研究背景及意义14
• 1.2 射流浓度场测定方法研究现状14-16
• 1.3 化学发光研究现状16-19
• 1.3.1 常见化学发光体系16-18
• 1.3.2 过氧草酸酯类的热力学条件及发光机理18
• 1.3.3 过氧草酸酯类化学发光的应用18-19
• 1.4 论文主要内容及技术路线19-22
• 1.4.1 论文研究内容19-20
• 1.4.2 论文结构安排20
• 1.4.3 技术路线20-22
• 2 化学发光示踪体系的优化选择与标定研究22-34
• 2.1 化学发光体系选择与优化22-24
• 2.1.1 化学发光示踪体系的比选22-23
• 2.1.2 化学发光示踪体系的溶液配制方法23-24
• 2.2 发光体系中各影响因素对发光效率的影响24-28
• 2.2.1 草酸酯浓度对发光强度的影响24-25
• 2.2.2 荧光剂浓度对发光强度的影响25-27
• 2.2.3 过氧化氢浓度对发光强度的影响27-28
• 2.3 最优条件下的示踪体系的发光特征28-29
• 2.4 化学发光示踪溶液灰度和浓度的标定实验研究29-33
• 2.4.1 实验设计与数据采集29-31
• 2.4.2 曲线拟合方法选择31-32
• 2.4.3 化学发光光强与浓度关系的曲线拟合32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 射流浓度场扩散实验装置和测试系统设计研究34-43
• 3.1 射流浓度场扩散实验装置设计34-40
• 3.1.1 水槽实验装置34-37
• 3.1.2 射流实验装置37-38
• 3.1.3 图像采集装置38-40
• 3.2 射流浓度场图像处理分析系统研究40-42
• 3.2.1 射流浓度场图像采集方法40-41
• 3.2.2 射流浓度场图像采集测定流程41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 静水和动水条件下射流浓度场扩散实验研究43-54
• 4.1 实验工况设计43
• 4.2 以罗丹明B作为示踪物质的射流浓度场验证实验设计43-48
• 4.2.1 罗丹明B标定实验44-45
• 4.2.2 静态水体中水平射流浓度场的测量分析45-46
• 4.2.3 横向流动环境水体中水平射流浓度场的测量分析46-48
• 4.3 以化学发光溶液作为示踪溶液的射流浓度场扩散实验48-53
• 4.3.1 化学发光示踪污染物的静态射流浓度场图像分析48-50
• 4.3.2 化学发光示踪污染物的动态射流浓度场图像分析50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 射流浓度场的数值模拟54-61
• 5.1 射流模型的建立54-56
• 5.1.1 数值模拟方法54
• 5.1.2 模型的选择54-56
• 5.2 网格生成56-57
• 5.3 计算条件设定57-58
• 5.4 数值计算分析58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 作者简历66

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本文编号：811254