基于OPAC的典型环境中气溶胶组分的光学特性分析

利用基于Mie散射理论的云和气溶胶粒子的光学特性软件(OPAC)在不同激光雷达探测波段对一般大陆(典型气溶胶组分:水溶性、不溶性和烟尘气溶胶)、沙漠(典型气溶胶组分:水溶性、核模态矿物、积聚模态矿物和粗模态矿物气溶胶)和洁净海洋(典型气溶胶组分:水溶性、积聚模态海盐和粗模态海盐)3种环境下的气溶胶光学参数(散射系数、光学厚度和激光雷达比)进行了仿真研究,分析了各环境中光学参数随气溶胶组分数浓度的变化规律以及各组分对光学特性的影响.结果表明消光系数和光学厚度在不同激光波段、不同环境下均随组分数浓度线性递增,在上述环境中对消光系数和光学厚度影响最大的组分依次为水溶性气溶胶、积聚模态矿物气溶胶和积聚模态海盐气溶胶.激光雷达比变化规律十分复杂,受探测波长及气溶胶组分的双重影响,一般大陆环境中非水溶性气溶胶在2个波段上的影响占主导地位;沙漠环境中,不同波段上积聚模态矿物气溶胶对激光雷达比的影响最大;洁净海洋环境中,积聚模态海盐气溶胶对激光雷达比的影响最强.     

外混合气溶胶吸湿性对其平均消光系数的影响

基于Mie散射理论与气溶胶颗粒粒径及折射率的湿度增长模型,以两种典型吸湿性气溶胶外混合组成的颗粒系为研究对象,计算分析了气溶胶平均消光系数对环境相对湿度的依赖关系。计算结果表明:在可见光与近红外波段,当相对湿度在60%~95%的范围内逐渐增大时,气溶胶颗粒物吸湿增长,使其粒度分布逐渐增宽,等效折射率逐渐减小,造成气溶胶的平均消光系数呈指数规律增长。进一步计算发现,当外混合气溶胶来源一定时,窄分布成分的气溶胶含量越高,或者某一成分的气溶胶粒度分布越窄时,随环境湿度的增大,外混合气溶胶平均消光系数的增长越快。上述方法也适用于预测复杂成分的外混合气溶胶平均消光系数与相对湿度的变化关系,从而为实际大气气溶胶光学性质和大气环境质量的研究提供理论依据。     

近红外波段气溶胶粒子形状和性质对散射特性的影响

为了研究近红外波段气溶胶粒子的形状和性质对散射特性的影响,将气溶胶粒子视为非球形粒子,并用T矩阵理论对0.94 μm波段的气溶胶粒子进行了一系列计算分析.计算结果表明:进行单个气溶胶粒子的散射计算时其形状因子是不可忽视的元素,单个气溶胶粒子的散射相函数随着粒子形状的不同在前向和后向有明显变化;进行气溶胶粒子前向体散射计算时非球形粒子近似成球形粒子带来的误差较小,后向误差仍较大;气溶胶粒子性质的不同,即折射指数和数密度的不同对散射特性影响较大.     

外混合微粒的消光效率因子的特征及一种简单近似

基于M ie散射理论,在已有的单微粒消光效率因子(EEF)的基础上,建立了由不同尺寸、不同折射率微粒外混合的多微粒系EEF的计算方法,并就其特征进行了分析.计算表明:外混合微粒的EEF随粒度变化总是先快速增加,然后整体减小并趋向于定值;随着分布宽度或折射率虚部的增加,消光曲线的震荡逐步减弱直至消失,这样EEF将更易确定,而随着折射率实部的增加,其极大值位置或震荡特征向着粒度减小的方向移动.研究表明,对强吸收或宽分布的微粒及其混合体,消光曲线不会震荡,且在粒度达到一定值后,曲线几乎重合并随粒度缓慢下降而最终趋于定值.对此,提出了一种简单而实用的近似式,该式与理论值的平均和最大相对误差分别不超过1.0%和2.0%,说明了该近似公式的准确性.由于在实际工程及应用中,往往面对的是外混合的多微粒系,因此本研究具有较强的实际指导价值.     

Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols

Aerosols affect the Earth's temperature and climate by altering the radiative properties of the atmosphere. A large positive component of this radiative forcing from aerosols is due to black carbon--soot--that is released from the burning of fossil fuel and biomass, and, to a lesser extent, natural fires, but the exact forcing is affected by how black carbon is mixed with other aerosol constituents. From studies of aerosol radiative forcing, it is known that black carbon can exist in one of several possible mixing states; distinct from other aerosol particles (externally mixed) or incorporated within them (internally mixed), or a black-carbon core could be surrounded by a well mixed shell. But so far it has been assumed that aerosols exist predominantly as an external mixture. Here I simulate the evolution of the chemical composition of aerosols, finding that the mixing state and direct forcing of the black-carbon component approach those of an internal mixture, largely due to coagulation and growth of aerosol particles. This finding implies a higher positive forcing from black carbon than previously thought, suggesting that the warming effect from black carbon may nearly balance the net cooling effect of other anthropogenic aerosol constituents. The magnitude of the direct radiative forcing from black carbon itself exceeds that due to CH4, suggesting that black carbon may be the second most important component of global warming after CO2 in terms of direct forcing.     

回转窑内二元颗粒物料的径向混合

研究了颗粒尺寸差异和密度差异对二元物料在回转窑内混合的影响. 采用离散单元法建立颗粒物料的运动模型,模拟滚落运动模式下二元物料在回转窑内的径向混合过程;通过颗粒接触数定义混合程度评价指数,结合Hong的渗流与凝聚竞争理论分析颗粒体积比σ和密度比η对二元物料混合程度的影响. 结果表明:增大体积比σ会增强渗流作用,增大密度比η会增强凝聚作用,无论渗流或凝聚占据主导作用,均会导致物料在混合过程中产生径向分离,使混合程度降低;对σ与η进行配置后,可以使渗流与凝聚两种机理彼此平衡,达到物料混合均匀的目的;物料的渗流-凝聚平衡曲线中,σ与η呈幂函数关系.     

用PR方程新的混合规则预测高压汽液平衡

为了预测高压汽液平衡 ,提出了 PR方程新的混合规则。它建立在无限大压力下由状态方程计算出的超额Helmholtz自由能与由活度系数模型得到的超额 Helm holtz自由能相等的基础上 ,并假定液体体积与状态方程参数 b成正比。使用 U NIFAC方程计算超额 Helmholtz自由能 ,利用该混合规则 ,对 6个体系在不同温度和压力下的汽液平衡进行了预测。结果表明混合规则可成功地用于高压汽液平衡的预测 ,其精度比 MHV2模型稍好     

在特定环境中气溶胶组分光学特性的分析

基于Mie散射的OPAC软件包,分析了在激光雷达探测气溶胶时的3种特定环境(大陆洁净、大陆污染、海上污染)下各种气溶胶组分对光学特性(消光系数、散射系数、吸收系数、激光雷达比)的影响,对比了在550、1 000 nm这2个波长下的变化规律.研究结果表明:在550、1 000 nm这2个波长下不同环境中气溶胶组分的消光系数、散射系数随水滴数浓度的增加均呈线性递增,大陆洁净型和大陆污染型气溶胶环境的吸收系数变化均比较缓慢.在海上污染型气溶胶环境中,当气溶胶组分为积聚模态海盐和粗模态海盐时,水滴数浓度的变化率为0,这表明在这2种气溶胶组分环境下,吸收系数不随水滴数浓度的变化而变化; 激光雷达比受雷达波长和气溶胶环境组分2个因素的影响,该值在大陆污染型气溶胶环境下的变化最为明显,在水溶性和非水溶性组分下大幅递减,而在煤烟组分下大幅递增.     

气溶胶粒子形状对其辐射特性影响的研究

在处理大气的长、短波辐射时常常假定粒子为球形。本用扩展边界条件法及Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法计算了随机取向的非球形气溶胶粒子的衰减、吸收截面、相函数、不对称因子、单次散射反照率等辐射参量，研究了形状因子及粒子表面粗糙度对这些量的影响。     

一种基于Mie散射的颗粒物浓度测量方法

 根据Mie 散射理论,采用连分式递推算法,进行了微粒散射的数值模拟。借助特殊函数库得出简化的Mie 散射理论的数值模拟方法,省去了推导的复杂性,同时提高了计算程序运算速度。利用水溶胶模拟大气溶胶进行光散射实验,采用三波长法计算得到各样本的平均粒径,根据消光定律模拟出微粒浓度与光强变化之间的关系,为空气中微粒浓度的测量提供了理论依据。     

光折变掺铜钾钠铌酸锶钡晶体中双波耦合的信噪比研究

测量了在不同实验设置下光折变掺铜钾钠铌酸锶钡晶体 (Cu:KNSBN) 中双波耦合的能量耦合系数ξ, 并从耦合光波强度随时间变化的实验数据中计算了双波耦合信号光的信噪比(SNR).对比双波耦合能量系数ξ和信号光的信噪比(SNR),结果表明与理论预计的一样,随着信噪比的提高双波耦合能量系数ξ增大.这是因为设计的实验条件大大地降低了晶体内反射光对立体折射率光栅的影响.     

朱砂和石黄矿物颜料光谱混合模型研究

高光谱技术是一种新型的无损观测手段,已开始被用于中国古画颜料的鉴别与分析,但古画中混合颜料的定量分析仍然是一个难题。针对中国古画中较常见的矿物颜料混合现象,以朱砂、石黄两种典型的矿物颜料为例,精确配比并严格控制实验条件获取混合矿物颜料样本及其光谱,对实验数据分别进行全波段光谱解混和单波段光谱解混,探讨线性光谱混合模型对于朱砂和石黄矿物颜料混合样本光谱的适用性。实验结果表明,朱砂、石黄两种矿物颜料的光谱混合从总体上来说并不符合线性混合,但是在局部波段具有较强线性特征,利用这些波段采用比值导数光谱解混算法可以取得较高的定量分析精度。     

有机气溶胶对中国境内云凝结核数量的贡献研究

根据κ-K?hler理论, 利用2006年中国境内气溶胶浓度的数值模拟结果, 计算总体气溶胶活化为云凝结核的数浓度, 并评估有机气溶胶对云凝结核数量的贡献。中国境内云凝结核数浓度总体呈东部高西部低的分布, 这与东部受到更多人为源排放影响、气溶胶浓度高有关。假设气溶胶各类化学组分彼此外混合, 则各季节云凝结核数浓度为0.9×10³~1.2×10³ cm^-3, 有机气溶胶对云凝结核数量贡献全年平均为30%。假设气溶胶中有机组分彼此内混合并与其他组分外混合, 则各季节云凝结核数浓度为0.9×10³~1.1×10³cm^-3, 有机气溶胶对云凝结核数量的贡献全年平均28%。尽管有机气溶胶对云凝结核数量的年平均贡献相差不大, 但夏季和冬季的贡献有较大差异, 原因在于夏季有更多的二次有机气溶胶生成, 而冬季更多的是一次有机气溶胶排放。因此, 有机气溶胶是中国云凝结核的重要来源, 并且有机气溶胶的混合状态对云凝结核数量有很大的影响。     

湿空气透平循环流程优化分析

从换热器的位置与数目、体现能量的梯级利用原则、减小传热温差、避免带有显著温差的传热过程及充分利用每一个温度等级的能量等方面,分析了循环冷却水非等温混合流程的不足,提出了湿空气透平（ＨＡＴ）循环冷却水等温混合流程,并对该流程的参数进行了优化选择,得出了ＨＡＴ最高热效率循环流程．还分析计算了该循环的热力学性能     

大气颗粒物PM2.5的消光特性研究

基于Mie散射理论,对大气颗粒物PM2.5的消光特性进行了研究,建立了混合颗粒系统消光系数的理论及等效计算方法.计算表明,不像大颗粒,PM2.5单颗粒的消光效率因子强烈地依赖于折射率和粒径;多颗粒的消光系数随粒度增加而增大,在强吸收时,也随分布宽度增加而增大;其随波长的变化与折射率、分布有关,往往是非单调的,而对混合的颗粒系统,还与混合比有关.分析表明,我们提出的消光系数的理论及等效计算方法也为实际大气颗粒物的光学特性研究提供了一个新的研究手段.     

混氢天然气物性规律及管道水合物生成模拟分析

氢能是一种绿色低碳的二次能源,在天然气管道中掺入氢气进行大规模运输是当前研究的热门领域。但氢气与天然气混合后因其物性参数的改变,使管道产生堵塞、氢脆、泄漏、聚积、燃烧和爆炸等问题。基于此,利用Aspen HYSYS软件,选取代表性数据,运用理论研究、数据模拟和数据分析等方法,针对不同混氢比下天然气与氢气混合后的物性变化规律和管道水合物生成情况进行模拟分析。结果表明：随着混氢比增大,混合气体温度先降低再升高,在混氢比为36%时达到最低温度;混合后气体质量密度和比热容比与混氢比呈负相关;质量焓、质量熵、质量基准热值、Z因子、热导率、运动黏度均与混氢比成正相关;随着混氢比增大,水合物生成温度降低,压力升高。可见在天然气管道中适当混入少量氢气可抑制水合物的生成;混氢天然气物性参数变化规律为探究适合不同条件下的最优混氢比、保证管道输送及使用的安全性提供了数据基础。     

Measurement of aerosol optical extinction using diode laser cavity ringdown spectroscopy

Accurate measurement of optical extinction of atmospheric aerosols is important for quantifying the direct climate effects of aerosols. A portable cavity ringdown spectrometer utilizing a modulated multimode blue diode laser (linewidth ～0.2 nm) is developed to measure the aerosol optical extinction. Laboratory generated ammonia sulfate particles (<1 μm in diameter) are characterized, with good agreements between the experimental measurements and Mie theory calculations. An optical extinction detection sensitivity of 0.24 Mm-1 (1σ) is achieved. Measurements of ambient aerosols are also carried out. This study demonstrates the feasibility of a compact, multimode diode laser cavity ringdown spectrometer for sensitive measurements of the optical extinction of atmospheric aerosols.     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能，设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器，以能量回收效率和体积混合率为性能指标，利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算，并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明，处理量相等的情况下，能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低；同一转速下，转子倾斜角度改变，能量回收效率变化不超过0.04%，而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能,设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器,以能量回收效率和体积混合率为性能指标,利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算,并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明,处理量相等的情况下,能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低;同一转速下,转子倾斜角度改变,能量回收效率变化不超过0.04%,而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

用新型电容传感器测量物料混合比及介电常数的研究

为了在生产实践中测量与控制混合物料的介电常数及其混合比，根据电容法和电磁理论推导出了利用一种新型实用的圆锥台形电容传感器测量混合物料的混合比及相对介电常数的公式。通过对几种混合物的测量，所得实验结果与理论计算结果符合得很好，可望在建材、化工和粮食等工农业生产部门对粒状、粉状或胶状甚至液体混合物料所进行的在线自动测量与控制中获得广泛应用。