大气中飞秒激光等离子体丝上荧光特性的研究

本文通过研究超短强激光脉冲在空气中形成的等离子体丝上荧光的特性,提出了一种间接获得等离子体丝上光强分布的方法.实验研究表明,等离子体丝上荧光主要分布在290～430 nm的紫外区域,该区域内的线状谱来自于N2的第二正带分子谱线和N+2的第一负带离子谱线.同时等离子体丝上荧光强度与入射激光能量呈非线性增长关系,当入射激光能量低于11 mJ,荧光强度快速增强表明丝上光强增大,当激光能量进一步增大时,丝上的光强变化缓慢,此时成丝结构逐步由单丝向多丝演化.同时通过研究等离子体丝上光强随光脉冲传输距离的变化规律,进一步验证了等离子体成丝机制是基于光束自聚焦效应和等离子体散焦过程之间的动态平衡的正确性.     

样品形态对激光诱导土壤等离子体特性的影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用到土壤检测中,分析了土壤样品形态对激光诱导等离子体特性的影响.采用波长1 064 nm的Nd-YAG脉冲激光器作为激发光源,在实验室大气环境下对粉状和片状2种形态土壤样本诱导产生激光等离子体,测量并分析了样品形态和粒径大小对元素特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的影响.实验研究表明,相同实验条件下,粉状土样的激光等离子体温度和电子密度均高于片状土样,但片状土样的元素特征谱线强度更大,且受土壤粒径大小的影响较小,适用于土壤重金属元素的LIBS分析检测.     

外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究

由Q-Nd∶YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10 ns)烧蚀Al靶产生等离子体.观测了在低气压和直流电场条件下的Al等离子体发射光谱.研究了激光功率密度和直流电场对各谱线强度的影响,分析了等离子体电子温度与激光能量之间的变化规律.结果表明,直流电场对铝原子谱线和离子谱线强度有显著的增强作用,铝等离子体的电子温度随激光功率密度持续增长.     

真空中铝锡合金激光等离子体的时间演化研究

利用时间分辨发射光谱法测量了真空环境中激光Al-Sn合金等离子体时间演化光谱,结合基于流体动力学方程和辐射输运方程的多元素激光等离子体辐射流体动力学模型及程序,模拟了Al-Sn合金等离子体在真空中的膨胀演化,实现了不同电荷态Al、Sn离子在等离子体演化过程中离子密度和等离子体温度的空间分布诊断.结果表明,理论模拟的谱线强度及其时间演化规律与实验结果符合较好,理论重构的不同时间延迟下离子密度和等离子体温度的空间分布图像可以直观地呈现多元素等离子体中不同电荷态离子在等离子体中的演化过程,预期可为多元素情形下的激光等离子体辐射特性及其应用提供帮助.     

激光诱导Cu等离子体发射光谱特性的实验研究

通过实验研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.采用的激光能量为350 mJ/pulse,波长范围为440~540 nm.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度和半高全宽(FWHM)随空间、缓冲气体压力变化的规律.结果表明,在Ar气中压力分别为100 kPa和50 kPa相比,铜的原子特征谱强度降低而连续谱和氩离子谱线强度增加.同时缓冲气压的增大导致谱线展宽的增大.     

激光Al等离子体电荷态分布诊断研究

本文分别利用光谱法和飞行时间法对真空环境中激光烧蚀产生的Al等离子体中离子的电荷态分布进行了诊断研究.利用时空分辨的光谱测量装置测量了激光Al等离子体极紫外波段的辐射光谱,通过光谱模拟诊断了等离子体中离子的电荷态分布,并分析了其演化行为.利用飞行时间装置测量获得了激光Al等离子体中离子的飞行时间谱,进一步诊断了等离子体中离子整体的电荷态分布.研究表明,光谱法能够诊断激光等离子体中离子的局部和瞬态的电荷态分布,飞行时间法能够诊断整体的电荷态分布,两种诊断方法相互补充,可以全面和准确地认识激光等离子体中离子的电荷态分布及其演化行为.     

轧制界面非稳态油膜润滑特性

以流体力学理论、轧制理论及Hill的特性曲线微分方程解法为基础,建立了轧制界面考虑入口板带厚度、轧辊半径发生波动下非稳态油膜厚度分布动力学模型,提出了油膜波动系数来反映界面油膜厚度绝对波动,并进行了相应的仿真分析.结果表明:非稳态条件下轧制界面油膜厚度分布性态会随时间不同而发生变化,不同时刻最小油膜厚度也会发生变化;界面油膜厚度的绝对波动会随着入口板带厚度、轧辊半径非均匀程度加剧而变大,而入口板带厚度、轧辊半径的变化频率对界面油膜厚度的绝对波动影响较小.     

碳涂层对硅基薄膜激光微等离子体光谱强度的影响

为了降低薄膜样品表面对激光的反射率,提高等离子体的辐射强度,改善谱线质量,提出了一种在薄膜表面涂覆碳层的方法,并研究了不同涂层厚度对等离子体谱线强度的影响.实验结果表明,薄膜表面涂覆碳层,可有效减少表面对激光束的反射,提高热耦合效率.当碳涂层厚度15 μm左右时热耦合效率最高,激光等离子体的辐射强度明显增强.     

减小飞灰等离子体谱线干扰的参数优化研究

针对激光诱导击穿光谱技术测量飞灰含碳量时存在的C和Fe谱线干扰问题展开分析,并进行了基于参数优化的减小谱线干扰的实验研究.根据C和Fe元素谱线的激发特性和时间演化特性,对比分析了不同脉冲能量和等离子体信号探测延时下的谱线干扰情况,以获得减小谱线干扰的参数优化条件.在此基础上,进一步对比分析了分别采用峰值强度和积分强度建立飞灰含碳量的多元回归模型.研究结果显示,通过合理优化脉冲能量和延时,可有效减小248 nm附近C和Fe元素谱线的干扰.在优化后的测量条件下,不仅Fe 247.98 nm谱线强度得以弱化,而且可获取具有较高信噪比的C 247.86 nm谱线.由峰值强度建立的飞灰含碳量多元回归模型的拟合度r2达到了0.999,截距为0.005,具有良好的可靠性.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

破乳剂对含聚乳状液破乳及油水界面膜作用研究

采用界面张力仪、界面流变仪和微弱电特性分析仪研究了两种破乳剂对含聚乳状液油水界面张力、界面黏弹性和油膜破裂过程以及对乳状液破乳脱水效果的影响.结果表明:破乳剂顶替油水界面上的聚合物和天然活性物质吸附到界面,使界面黏弹性降低,界面膜变薄,最终导致膜破裂,乳状液破乳;破乳剂对油水界面黏弹性的影响表现出以弹性为主的特征,对含聚的水包油型乳状液的破乳,水溶性破乳剂更适合.     

等离子体温度和谱线强度综合校准的CF-LIBS定量分析合金成分

合金成分直接决定其机械性能和应用领域,对合金中各元素含量的准确、快速检测,对于冶金生产质量控制和材料分类意义重大.本文提出了一种基于等离子体温度和谱线强度综合校准的自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量分析方法,选用一个与待测样品基质相同的标准样品,通过二阶迭代计算来对比不同等离子体温度和谱线强度校准系数所对应的元素含量标准误差和,寻找最小标准误差和,优化等离子体温度和次量元素谱线强度校准系数,从而建立定量分析模型,实现对待测样品中主次量元素含量的精确定量分析.基于铜铅合金的检测结果表明,本方法对样品中主量元素Cu,Zn和次量元素Pb的相对测量误差分别为4.4%,6.2%和17.7%,远优于常规CF-LIBS方法.本文提出的新方法有助于推进CF-LIBS技术在冶金生产质量监控和材料鉴别分类中的应用.     

激光诱导液相基质等离子体电子温度的时间演化特性研究

通过单脉冲激光烧蚀MgSO4水溶液射流产生激光等离子体,通过调节ICCD门脉冲相对激光脉冲的延时,测定了液相基质中激光等离子体中Mg元素的时间分辨发射光谱.实验结果表明,当ICCD门延时在0.6μs-1.6μs范围内变化时,谱线强度随延时的增大逐渐减小,但减小的速度越来越慢;谱线的信噪比有一个先上升后缓慢减小并趋于稳定的过程.同时,利用Boltzmann斜线法对Mg原子谱线(518.36nm,517.268nm,516.732nm,383.829nm,383.230nm,382.935nm)进行拟合,得到了不同延时下Mg等离子体的电子温度范围为4772K-6281K,线性相关系数为0.958.拟合结果说明本实验条件下得到的液相基质激光等离子体满足局部热平衡条件.     

齿轮热胶合承载能力数值计算方法研究

建立了时域内高速重载齿轮系统热平衡状态分析模型,推导了齿面温升公式,通过数值计算方法得到了接触点温度随时间的变化规律以及闪温沿啮合线的分布规律. 建立了符合实际工况的热弹流理论分析模型,将本体温度作为初始温度进行求解,以界面最高温升作为接触点闪温,得到了接触点的温度场、闪温以及沿啮合线的闪温分布,获得了沿啮合线的膜厚比,最后综合比较分析了Blok理论和热弹流理论. 结果表明:文中两种数值方法所求闪温与Blok闪温十分接近,热弹流法从理论上来讲更符合实际情况. 热弹流计算结果可以同时得到齿面闪温和油膜厚度等参数,为热胶合强度设计和校核提供更多的信息.      

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

重载条件下油膜轴承弹流问题的数值分析

油膜轴承以其特有的重载负荷特性广泛应用于大型板带材轧机,其润滑特征为典型的弹性流体动力润滑,通过对油膜轴承在不同工况下的刚性与弹性油膜承载能力、油膜压力、油膜厚度的计算对比,可以计算出轴承在不同偏心率时承受的实际轧制力和膜厚分布,同时讨论了影响油膜承载特性的相关因素之间的一些关系.     

空气中激光聚焦位置对Cu等离子体光谱的影响

利用Nd:YAG脉冲激光烧蚀金属Cu靶,观测了在空气中产生的等离子体发射光谱;通过改变激光聚焦点到靶面的距离,研究了激光聚焦位置改变时等离子体光谱空间演化规律;由NⅡ500.52 nm谱线的相对强度和半高全宽随激光功率密度的演化规律,讨论了空气中激光聚焦位置对等离子体光谱的影响. 结果发现,光谱的相对强度和光谱结构强烈地依赖于透镜与靶面间距离的现象可以从激光功率密度的角度予以解释.     

水驱油微观孔隙内流场分析

目前大多数油田进入高含水期,针对如何继续提高原油采收率这一问题,考虑了压力梯度、流道宽度、油膜高度、油水之间的界面张力、原油黏度等对流场内的速度分布、应力分布的影响。选用等温情况下广义牛顿流体本构方程,建立了水在微观孔隙空间流动的流动方程,运用Polyflow对模型进行数值计算。结果表明:压力梯度越大,油膜高度越大,油水之间界面张力越小时,驱油效率越高。     

碱金属和碱土金属氟化物对元素谱线强度影响的机理

本文基于谱线强度公式,研究了碱金属和碱土金属氟化物对各种元素谱线强度的影响,也讨论了这些元素的谱线强度增强的机理。所得结果表明,电离度的降低是易电离元素的谱线强度增强的主要因素,对某些难电离的元素,谱线强度的增加,主要是因使用氟化物,电孤等离子体中,元素的浓度增加所致。某些难挥发的元素浓度的增加,是由挥发过程加快和扩散过程变慢所引起,而易挥发的元素浓度的增加,则由扩散过程变慢所造成。     

CuSO4水溶液中Cu元素的激光诱导击穿光谱研究

通过单脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS),测定了CuSO4水溶液中微量重金属元素Cu的LIBS光谱.研究Cu原子LIBS光谱信号的时间演化特性,激光功率密度对LIBS光谱信号的影响,测定Cu元素浓度在31.25ppm到1000ppm区域内变化时324.75nm谱线的强度,由定标曲线拟合结果得到铜元素的检测限为23ppm.