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临近空间探空温度传感器设计

临近空间探空温度传感器设计

作者：汤鸿霄南京信息工程大学

学位级别：硕士

临近空间指的是距地面20～100 km的空域,以往,国内外气象领域对临近空间的大气环境并没有进行深入研究。但是,随着科技水平的进步,临近空间重要的开发应用价值在国际上引起了广泛关注。特别是我国,计划在未来将超高速飞机投入使用,由于... 详细信息

临近空间指的是距地面20～100 km的空域,以往,国内外气象领域对临近空间的大气环境并没有进行深入研究。但是,随着科技水平的进步,临近空间重要的开发应用价值在国际上引起了广泛关注。特别是我国,计划在未来将超高速飞机投入使用,由于其极快的飞行速度,它的飞行环境必须具有阻力小、干扰小的特点,因此临近空间便是其最好的飞行环境。另外也有研究表明临近空间中的气象环境与长期的天气预报有密不可分的联系。故对临近空间的大气环境进行探测,在对气象预测有益的同时,也对我国将要投入使用的亚轨道飞行器的飞行环境进行了先行研究,在一定程度上促进了我国航天事业的发展。本文针对传统探空仪飞行高度难以突破至30～80 km的问题,设计了一种临近空间探空传感器,其采用火箭下投的方式,并针对30～80 km的大气环境进行探测。它的主要测温元件是一种以热电偶组成阵列的探空温度传感器,可降低高空太阳辐射引起的温度测量误差。首先,采用计算流体动力学(CFD)方法对热电偶传感器探头开展辐射误差数值求解研究,以得出最合适的探头尺寸。然后,使用同种方法对表面反射率不同的传感器探头之间的太阳辐射误差比值进行计算,再根据所测得的比值并使用公式计算得出真实环境温度。最后利用支持向量机(SVM)算法对太阳辐射误差数值求解结果进行数据融合处理。为保证传感器系统的完整性,设计了一套软硬件系统用于快速采集临近空间中的大气数据并进行通信,包含传感器温度测量模块、数据通信模块和任务调度模块。除此之外,为了模拟出临近空间中的气象环境,使用低气压风洞模拟传感器下落的采集过程的大气环境,并配合太阳模拟器产生真实太阳光照组成实验平台以开展实验研究。将传感器探头之间的辐射误差比值推算出的测量温度值,经过SVM算法拟合后,与外界的标准环境温度作对比。实验结果表明,临近空间探空传感器系统所搭载的温度传感器的测量误差平均值为0.107℃,误差均方根为0.22℃,说明本设计的传感器在下落时,在保证了测量速度的前提下,具有较高的测量精度,能够较好的适应临近空间的大气环境。

关键词：临近空间探空仪温度传感器计算流体动力学辐射误差修正 SVM算法

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汤鸿霄院士对21世纪水资源问题的思考

科学世界 1999年第8期 3-3页

作者：汤鸿霄中国工程院

水资源问题将成为我国21世纪国民经济发展中仅次于人口的第二大困扰难题,也是大众十分关注的话题。完善解决这一问题已成为对我国各领域科技工作者的挑战和战略性任务。水资源问题可以通俗地归纳为:水多了(洪涝灾害)、水少了(短缺和旱... 详细信息

水资源问题将成为我国21世纪国民经济发展中仅次于人口的第二大困扰难题,也是大众十分关注的话题。完善解决这一问题已成为对我国各领域科技工作者的挑战和战略性任务。水资源问题可以通俗地归纳为:水多了(洪涝灾害)、水少了(短缺和旱灾),水脏了(水体污染)。这三种现象在我国不同地区不同时期都有极端严重的表现,前两种是水量问题,后一种是水质问题,它们彼此相关,互为因果。对它们的战略性思考。

关键词：水资源问题不同地区洪涝灾害国民经济发展科技工作者不同时期战略性思考世纪旱灾难题

乐安江沉积物对重金属的吸附模式研究──表面络合模式在天然沉积物研究中的应用

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环境科学学报 1996年第1期16卷 12-22页

作者：文湘华杜青汤鸿霄中国科学院生态环境研究中心国家重点环境水化学实验室

应用表面络合理论及其研究方法对乐安江沉积物的表面特征及对重金属的吸附特性进行了研究．进行了乐安江沉积物样品的表面电位滴定实验及样品对重金属Ｃｕ、Ｃｄ的吸附实验．应用图解法及ＦＩＴＥＱＬ优化程序确定了表面络合模式中的相... 详细信息

应用表面络合理论及其研究方法对乐安江沉积物的表面特征及对重金属的吸附特性进行了研究．进行了乐安江沉积物样品的表面电位滴定实验及样品对重金属Ｃｕ、Ｃｄ的吸附实验．应用图解法及ＦＩＴＥＱＬ优化程序确定了表面络合模式中的相应参数，并对模式的预测能力进行了检验．研究了３种表面络合模式即恒定容量模式，扩散层模式和三层模式的拟合应用情况．结果表明，３种表面络合模式均能较好地描述天然沉积物的吸附过程，但哪种模式从化学原理上看更正确尚不能证明．从模式计算的难易程度分析，扩散层模式有一定优势．模式应用中应特别强调的是模式参数间的相关性和一致性．

关键词：表面络合模式沉积物电位滴定吸附重有色金属

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

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环境科学 2012年第1期33卷 94-103页

作者：冯丽葛小鹏王东升汤鸿霄中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零... 详细信息

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.

关键词：纳米铁 2 4-二氯苯酚 pH值团聚氧化铁量损失

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环境纳米污染物与微界面水质过程

环境科学学报 2003年第2期23卷 146-155页

作者：汤鸿霄中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

提出了环境纳米污染物的分类概念 .环境中对生态和人体有危害的污染物大多处于纳米级尺度 ,并因此而具有许多与污染行为有关的特征 .它们在微界面上的强烈吸附及各种反应就是突出的表现 .文中讨论了它们特殊的共同特征和环境微界面上的... 详细信息

提出了环境纳米污染物的分类概念 .环境中对生态和人体有危害的污染物大多处于纳米级尺度 ,并因此而具有许多与污染行为有关的特征 .它们在微界面上的强烈吸附及各种反应就是突出的表现 .文中讨论了它们特殊的共同特征和环境微界面上的行为 ,举出其形态分布、光化学降解、生物膜作用、污染控制技术等方面的例子加以阐述 .纳米污染物界面形貌的观测是近代仪器的重要发展 .纳米污染物与微界面的相互作用构成它们环境污染效应的核心机理。

关键词：纳米污染物颗粒物微界面扫描探针显微镜

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水体沉积物风化溶解与缓冲作用研究

中国环境科学 1992年第2期12卷 122-126页

作者：廖柏寒汤鸿霄中科院生态环境研究中心北京

对我国西南地区若干水体沉积物的风化溶解模拟实验表明, 沉积物的风化溶解速率符合公式R=K·[H]~+;沉积物每消耗一个当量的H~+离子,就同时释放出一个当量的阳离子;沉积物风化溶解速率与水体酸中和容量一样,反映了水体缓冲酸沉降能力的... 详细信息

对我国西南地区若干水体沉积物的风化溶解模拟实验表明, 沉积物的风化溶解速率符合公式R=K·[H]~+;沉积物每消耗一个当量的H~+离子,就同时释放出一个当量的阳离子;沉积物风化溶解速率与水体酸中和容量一样,反映了水体缓冲酸沉降能力的强弱;沉积物的风化溶解随着水体酸性的增加而加剧,表现出更强的缓冲作用。

关键词：沉积物风化溶解缓冲水质监测

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不同染料化合物在河流底泥上的吸附规律

环境科学 2002年第1期23卷 45-49页

作者：刘兴民刘瑞霞汤鸿霄苏永渤中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室北京100085 东北大学化学系沈阳110006

采用静态吸附法研究北京清河底泥对染料化合物的吸附行为 ,并探讨了 pH值 ,离子强度 ,温度等因素对吸附的影响 ,测定了 6种染料的吸附等温线 .结果表明 ,pH值、离子强度是影响吸附的主要因素 ,温度升高使吸附量增加 ,6种染料在底泥上的... 详细信息

采用静态吸附法研究北京清河底泥对染料化合物的吸附行为 ,并探讨了 pH值 ,离子强度 ,温度等因素对吸附的影响 ,测定了 6种染料的吸附等温线 .结果表明 ,pH值、离子强度是影响吸附的主要因素 ,温度升高使吸附量增加 ,6种染料在底泥上的吸附都符合Freundlich方程 .吸附动力学研究表明 ,吸附分为快速吸附 (小于 1h)和慢吸附 ( 1 2h以上 )

关键词：染料底泥吸附规律影响因素河流废水处理废水监测