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基于PLIF检测的生物质挥发分燃烧多环芳烃生成特性

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燃烧科学与技术 2024年第4期30卷 359-369页

作者：赵峥苏胜宋亚伟陈逸峰刘舆帅许凯汪一胡松向军华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074 上海电力大学能源与机械工程学院上海201306 中国科学院工程热物理研究所北京100190

针对生物质挥发分燃烧过程,采用平面激光诱导荧光技术对火焰中1~2环、3~5环多环芳烃(PAHs)的二维分布进行了研究,分析对比了升温速率(1 000 K/min和1 500 K/min)、O_(2)体积分数(21%~50%)等关键因素对木屑、核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中P... 详细信息

针对生物质挥发分燃烧过程,采用平面激光诱导荧光技术对火焰中1~2环、3~5环多环芳烃(PAHs)的二维分布进行了研究,分析对比了升温速率(1 000 K/min和1 500 K/min)、O_(2)体积分数(21%~50%)等关键因素对木屑、核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中PAHs生成与转化特性的影响.结果表明:提高升温速率,生物质挥发分燃烧过程中1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值显著增加,同时升温速率提高促进了1~2环和3~5环PAHs向小分子碳氢化合物转化;1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值随O_(2)体积分数提高而增加,这是由于增加的O_(2)体积分数促进了PAHs的释放.但是由于O_(2)体积分数的提高同样增加了OH自由基浓度,导致PAHs消耗加快,使得1~2环和3~5环PAHs信号强度持续时间随O_(2)体积分数提高先增加后减少.木屑和核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中生成的3~5环PAHs信号强度峰值和信号强度持续时间较为一致,但木屑颗粒生成的1~2环PAHs信号强度峰值更高,这可能是由于木屑颗粒脂肪烃和芳香环含量更高,同时燃烧过程中生成的OH自由基较多,有利于多环PAHs向1~2环PAHs的转化.

关键词：生物质颗粒挥发分燃烧多环芳烃平面激光诱导荧光技术

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离心喷嘴液膜形态与液膜破碎机制试验研究

力学学报 2024年

作者：方传宇王凯兴刘舆帅王少林刘富强杨金虎曹程刘存喜穆勇徐纲朱俊强轻型涡轮动力全国重点实验室中国科学院大学工程科学学院青岛航空技术研究院中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室

离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能、被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴。离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性。本文采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对... 详细信息

离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能、被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴。离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性。本文采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研究了喷注压力对于离心喷嘴流量系数、喷雾锥角、液膜形态、破碎模式以及粒径分布的影响,系统分析离心喷嘴液膜形态、液膜破碎机制和雾化特性,并使用本征正交分解(POD)方法识别出不同液膜形态下的主要和次要的破碎模式,建立了离心喷嘴液膜形态与雾化特性之间的对应关系,支撑了离心喷嘴雾化性能优化研究。结果发现,随着喷注压力的增大,流量系数和喷雾锥角呈现出先增大后减小的趋势;喷注压力通过改变液膜的液体韦伯数(We)从而改变液膜形态。随着We的增加,液膜的破碎位置逐渐向喷嘴出口处移动,破碎距离逐渐减小,并使得离心喷嘴下游液滴的径向速度增大,大粒径液滴向两侧运动,导致雾锥中心的索太尔平均直径(SMD)迅速下降;离心喷嘴不同的液膜形态包含多种液膜破碎模式,并随着We数增加而演化:随着We数的增加,液膜的主要破碎模式依次为撞击破碎、表面波破碎、穿孔破碎以及湍流破碎,且这四种破碎模式的表面波频率依次增大。

关键词：相位多普勒粒子测速仪高速阴影成像本征正交分解液体韦伯数

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高温高速来流条件下扇形喷嘴雾化特性研究

推进技术 2024年第6期45卷 154-163页

作者：施刚强吴杰胡喆刘舆帅王少林王凯兴穆勇阮昌龙郭玉超王月徐纲何志霞刘富强江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100190 青岛航空技术研究院山东青岛266000 江苏大学能源研究院江苏镇江212013

为了探索扇形喷嘴在加力燃烧室应用的可行性,采用Mie散射和PLIF激光测量系统对其在高温高速环境中的雾化特性开展了研究。获得了在不同来流温度、来流马赫数以及燃油流量条件下燃油轨迹变化规律、蒸发距离及气液两相分布特性,并拟合了... 详细信息

为了探索扇形喷嘴在加力燃烧室应用的可行性,采用Mie散射和PLIF激光测量系统对其在高温高速环境中的雾化特性开展了研究。获得了在不同来流温度、来流马赫数以及燃油流量条件下燃油轨迹变化规律、蒸发距离及气液两相分布特性,并拟合了穿透深度经验公式。试验结果表明:在来流温度850~1 250 K,马赫数为0.15~0.35,燃油流量6~14 g/s的工况下,(1)温度升高,燃油穿透深度减小,蒸发距离变短;(2)马赫数增加,燃油穿透深度减小,蒸发距离变长;(3)燃油流量增加,燃油穿透深度增加,对蒸发距离影响较小;(4)气相燃油分布区约为液相的6倍。

关键词：加力燃烧室扇形喷嘴横向射流航空煤油雾化特性

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高温高速气流中航空煤油横向射流实验研究

推进技术 2023年第5期44卷 97-107页

作者：王晓洁王少林王凯兴潘剑锋刘舆帅刘存喜穆勇徐纲江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190

横向射流是航空发动机加力燃烧室中常见的煤油掺混组织方式。本文使用激光诱导荧光(PLIF)技术,在加力燃烧室的工况条件下,对航空煤油横向射流过程进行测量,研究了液气动量比、气体雷诺数、气体韦伯数对射流深度的影响。通过自编程序对煤... 详细信息

横向射流是航空发动机加力燃烧室中常见的煤油掺混组织方式。本文使用激光诱导荧光(PLIF)技术,在加力燃烧室的工况条件下,对航空煤油横向射流过程进行测量,研究了液气动量比、气体雷诺数、气体韦伯数对射流深度的影响。通过自编程序对煤油PLIF结果进行处理,获取了横向射流的射流深度。进行了空气来流温度303~1100K,气流速度100~300m/s,液气动量比9~843,气体雷诺数357~4863,气体韦伯数61~716内射流深度的测量。结果表明,射流深度随动量比的增加而显著增大;气体雷诺数的增加增强了动量比对射流深度的影响;射流深度随气体雷诺数的增加而增大,但增大程度随气体雷诺数的增加而减小;射流深度随着气体韦伯数的增加而减小,但气体韦伯数对射流深度的影响相对次要。通过对实验数据的拟合,获得了无量纲射流深度关于无量纲轴向距离、动量比、雷诺数以及韦伯数的经验公式。

关键词：航空发动机横向射流穿透深度航空煤油加力燃烧室

基于激光诱导荧光光谱技术的生物质热反应过程研究进展

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燃料化学学报（中英文） 2023年第7期51卷 873-881页

作者：赵峥苏胜宋亚伟刘舆帅陈逸峰贾萌川许凯汪一胡松向军华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074 中国科学院工程热物理研究所北京100190

深入了解生物质的热解、燃烧特性以及碱金属的生成特性是生物质清洁高效利用的理论基础。传统的测量手段由于测量精度低以及时间滞后等问题,对于生物质热反应过程认识存在不足。激光诱导荧光(LIF)技术具有非接触、实时在线、高空间分辨... 详细信息

深入了解生物质的热解、燃烧特性以及碱金属的生成特性是生物质清洁高效利用的理论基础。传统的测量手段由于测量精度低以及时间滞后等问题,对于生物质热反应过程认识存在不足。激光诱导荧光(LIF)技术具有非接触、实时在线、高空间分辨率、连续性等优点,其用于生物质热反应过程的研究报道越来越多。本研究主要综述了近年来LIF技术在生物质热解过程、燃烧过程及燃烧过程中碱金属释放特性的应用进展,分析了不同反应条件下生物质热解过程中挥发分的生成演化行为及其形成机理,阐述了生物质燃烧过程中火焰结构信息及碱金属的释放迁移转化特性,提出了当前研究存在的一定不足及未来研究方向。

关键词：生物质热解燃烧碱金属激光诱导荧光技术

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激光诱导等离子体煤炭全组分测量系统的研究

选煤技术 2022年第1期50卷 7-14页

作者：刘舆帅杨永强朱正婷剧殿臣时宏杰刘峰董爱民中国科学院工程热物理研究所北京100190 北京英特珂玛智能科技有限公司北京100013 北京东方国信科技股份有限公司北京100032 北京圆之翰工程技术有限公司北京100013 霍州煤电集团吕临能化有限公司选煤厂山西霍州033200

煤炭灰分是选煤厂生产过程中的核心指标,实时在线获得煤炭灰分对选煤厂智能化建设具有重要意义。研究从研制基础核心元器件出发,在系统集成、系统控制、光谱-灰分计算模型和算法等方面开展研究,开发了空气冷却的Nd:YAG固体激光器、高效... 详细信息

煤炭灰分是选煤厂生产过程中的核心指标,实时在线获得煤炭灰分对选煤厂智能化建设具有重要意义。研究从研制基础核心元器件出发,在系统集成、系统控制、光谱-灰分计算模型和算法等方面开展研究,开发了空气冷却的Nd:YAG固体激光器、高效率反射光栅光谱仪、透射光栅光谱仪和适用于高基体效应条件下的光谱成像技术,建立了在线测量的光谱处理算法和光谱-灰分计算模型,最终研制出激光诱导等离子体煤炭全组分测量系统。吕临能化选煤厂工业性试验结果表明:该系统操作简单,维护方便,工作效果稳定,系统检测结果与化验结果最大误差为1.06%,平均误差为0.373%;对于同一煤样,系统检测结果与化验结果的平均误差在0.3%以下,再现性测试结果误差低于0.2%,准确度和测量精度均符合标准规定;使用该系统指导生产后,可使月平均浮选精煤产率提高0.7个百分点,月平均浮选药剂用量减少18 g/t。

关键词：煤炭灰分测量激光诱导等离子体煤炭全组分测量系统 Nd:YAG固体激光器光栅光谱仪光谱成像技术光谱-灰分计算模型在线实时测灰

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导叶安装角度对离心泵叶轮结构特性的影响

排灌机械工程学报 2024年第3期42卷 217-222,229页

作者：裴吉刘总帅王文杰韩振华江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为提高带导叶蜗壳式离心泵的运行稳定性,研究了不同导叶安装角度对离心泵性能及叶轮结构力学响应的影响.以某带导叶蜗壳泵为研究对象,首先对其进行流场数值模拟,再通过静态和瞬态结构分析模块将水压力载荷导入叶轮结构,以实现单向流固... 详细信息

为提高带导叶蜗壳式离心泵的运行稳定性,研究了不同导叶安装角度对离心泵性能及叶轮结构力学响应的影响.以某带导叶蜗壳泵为研究对象,首先对其进行流场数值模拟,再通过静态和瞬态结构分析模块将水压力载荷导入叶轮结构,以实现单向流固耦合分析,研究不同导叶安装角度下叶轮变形与等效应力变化规律,最后通过模态分析研究叶轮结构的振动特性.结果表明:随着导叶安装角度减小,泵的高效区向小流量工况偏移,并且最高效率逐渐增大,最大提高2.1%;单向流固耦合分析得到的稳态结果与瞬态结果规律一致,其中叶轮最大变形量和最大等效应力值都随流量的增大而减小,在设计工况附近,都随导叶安装角度的减小而减小,最大差值为3.3%,且最大等效应力值变化的幅值较小;预应力对叶轮干模态固有频率的影响可忽略不计,与干模态对比,湿模态下的固有频率有较显著下降.

关键词：带导叶蜗壳式离心泵导叶安装角度单向流固耦合预应力模态

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弱特征表面形貌测量的低成本渐进式匹配方法

红外与激光工程 2024年第7期53卷 169-178页

作者：房长帅刘赵阳王倩雯张效栋天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 三代光学科技(天津)有限公司天津300072

弱特征连续表面的匹配问题是计算机视觉和图像处理中的一个挑战性问题,基于标准夹具的特征辅助可以准确地实现测量数据与模型的匹配,但该方法成本较高。针对该问题,提出了一种低成本的渐进式的匹配算法,首先基于带有边界罚函数的“点到... 详细信息

弱特征连续表面的匹配问题是计算机视觉和图像处理中的一个挑战性问题,基于标准夹具的特征辅助可以准确地实现测量数据与模型的匹配,但该方法成本较高。针对该问题,提出了一种低成本的渐进式的匹配算法,首先基于带有边界罚函数的“点到面”ICP算法实现粗配准,接着通过对测量数据进行两步微调即可对标工业常用评价结果。以汽车玻璃的面形误差评价为例,仿真和实验结果表明,基于所提方法匹配后的面形误差接近传感器本身的误差级别。对于40 cm×40 cm的汽车玻璃,基于所提方法匹配线结构光测量的玻璃数据与三坐标数据,两者偏差在-0.06/0.08 mm,基本满足工业需求。

关键词：仪器科学与技术弱特征表面配准渐进式匹配算法汽车玻璃 ICP算法

基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 26-37页

作者：王广帅中国铁路设计集团有限公司测绘地理信息研究院天津300251 天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室天津300251

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid... 详细信息

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)及卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),以增强网络对不同尺度的邻域信息的获取能力,有效提升对钢轨的分割性能;再通过基于RANSAC最小二乘拟合的像素编组及邻域钢轨线串联,实现完整钢轨矢量线的高精度提取。结果表明:与Unet及Deeplab v3+2种经典模型相比,所提方法针对多视角无人机影像钢轨分割的交并比分别提升2.09%和1.98%,综合能力评价指标分别提升1.50和1.42;钢轨线提取完整度达到了90.7%,优于U-net模型的83.3%;钢轨线提取的误差平均值约0.58像素,中误差约0.77像素,实现了亚像素级的钢轨线提取。该方法能够满足无人机多视角影像中钢轨线提取的自动化、完整性以及高精度应用的需求。

关键词：无人机影像钢轨线提取空洞空间金字塔注意力机制 U-net