專利名稱：均布加熱粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種均布加熱粒子的方法。
背景技術(shù)：
粒子態(tài)物質(zhì)大量存在于化工、冶金、動力、建筑、醫(yī)藥、生物、食品、航天、氣象等多個應(yīng)用領(lǐng)域，粒子問題的研究涉及天體物理學(xué)、地球物理學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、微觀物理學(xué)、生物學(xué)、膠體化學(xué)、聲學(xué)、軍事科學(xué)等多個學(xué)科。典型的含粒子介質(zhì)包括含炭黑及飛灰的火焰，射流及固體火箭尾噴焰，含微粒半透明材料如感光材料、含微粒紅外隱身涂料、納米粒子半導(dǎo)體材料如硒化鎘、硫化鉛等。同時(shí)，在高溫燃燒系統(tǒng)中甚至在常溫狀態(tài)下，超細(xì)的基本粒子(如煤灰粒子、火箭尾噴焰及超燃發(fā)動機(jī)噴焰中的金屬粒子等)會聚集成形狀、大小各異的聚集態(tài)團(tuán)簇，其光譜輻射特性是設(shè)計(jì)固體火箭發(fā)動機(jī)比沖、燒蝕材料及羽焰隱身等關(guān)鍵特性的重要參數(shù)，目前主要是通過實(shí)際發(fā)動機(jī)試車來測量，需要投入大量的人力物力。
針對粒子及粒子系的輻射特性，英國、美國、日本、原蘇聯(lián)做過很多研究，其研究方法有兩種1、基于電磁理論，先確定粒子的單色復(fù)折射率，由此再加上粒子濃度、粒徑分布、溫度等參數(shù)，用Mie氏理論算出粒子系的散射、衰減及吸收系數(shù)；2、基于實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室測量含粒子氣流的吸收或輻射，根據(jù)吸收或輻射量確定含粒子氣流的有效黑度或有效衰減系數(shù)。粒子的光學(xué)常數(shù)(復(fù)折射率)屬基本物性參數(shù)，與其組份、溫度、表面狀況有關(guān)。由于粒子的比表面積比其塊狀物質(zhì)大得多，且高溫粒子易聚集成團(tuán)，導(dǎo)致粒子表面狀況復(fù)雜，因此，粒子的光學(xué)常數(shù)并不等同于構(gòu)成粒子材料的光學(xué)常數(shù)。而通過粒子光譜復(fù)折射率數(shù)據(jù)，研究粒子及聚集粒子系的輻射特性，不僅對輻射物性的研究具有較高的理論意義，而且具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但目前與動力有關(guān)的煤、灰、碳黑粒子輻射特性的研究較多，與其它領(lǐng)域(如火箭發(fā)動機(jī))有關(guān)的金屬與金屬氧化物粒子的研究較少，尤其是在高溫下，這類粒子復(fù)折射率公開發(fā)表的數(shù)據(jù)很難找到。由于粒子的尺寸太小，單個粒子的熱物性測量很難實(shí)現(xiàn)，國際上常用的方法是將種粒子制成薄膜或懸浮液，再進(jìn)行測量，這樣的測試結(jié)果與粒子在空中懸浮還有較大的差距。同時(shí)，國外研究的氣體或懸浮熱物性測量技術(shù)，考慮到溫度測量、試樣加熱等實(shí)際問題，試樣的尺寸不可能做得很小，所以還不是真正的粒子輻射特性。
目前如何獲得可控的均勻分布的高溫粒子場一直是一個難題。常規(guī)的方法是進(jìn)行實(shí)際的發(fā)動機(jī)試車，但是這樣的粒子分布和溫度特性是不可控制的，無法做深入的定量的科學(xué)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決目前測量高溫粒子性能是進(jìn)行實(shí)際的發(fā)動機(jī)試車，費(fèi)用昂貴，粒子分布和溫度特性不可控制的問題，提供了一種均布加熱粒子的方法。本發(fā)明方法的步驟如下a、打開光譜儀，測量參考輻射光源的輻射強(qiáng)度3次；b、稱取直徑大小為1～500μm粒子，將粒子加入位于反應(yīng)裝置上部的粒子篩分均布裝置；c、啟動電源，預(yù)熱粒子，通過熱電偶測量反應(yīng)裝置內(nèi)的溫度，溫度控制在室溫～1600K，采用循環(huán)水套保溫；d、預(yù)熱的粒子在粒子篩分均布裝置的定盤和動盤打開狀態(tài)下由定盤和動盤的漏孔下落，粒子被篩分和均布、加熱；e、將位于反應(yīng)裝置下部的懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的工質(zhì)噴嘴通過升降裝置對準(zhǔn)反應(yīng)裝置，在懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的氣閥后，氣體向上噴出使篩分的粒子懸?。籪、用一個CCD攝像頭對準(zhǔn)反應(yīng)裝置上一個測量孔，并將其與計(jì)算機(jī)連接由CCD傳入的圖像監(jiān)測爐體內(nèi)的情況，在計(jì)算機(jī)的控制下，通過變焦觀察到粒子的懸浮狀態(tài)，根據(jù)爐內(nèi)篩分粒子的懸浮狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥調(diào)整氣體的速度及流量和控制爐體頂部的氣孔的氣壓來調(diào)整氣體的承托力使懸浮于爐體內(nèi)的粒子處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)；g、待粒子狀態(tài)穩(wěn)定后，用FTIR測量粒子的輻射特性，再重復(fù)3次測量后，測得粒子的透射率、吸收系數(shù)和粒子粒徑分布，關(guān)閉電源。
本發(fā)明的原理微觀粒子的懸浮完全是靠粒子本身的無規(guī)則運(yùn)動維持的，只要有無規(guī)則運(yùn)動存在，粒子就能維持懸浮狀態(tài)。如果無規(guī)則運(yùn)動有某種耗散機(jī)制，則為維持原有的懸浮狀態(tài)只要以某種方法補(bǔ)充微粒的無規(guī)則運(yùn)動的能量即可；如能量補(bǔ)充不足，則隨著無規(guī)則運(yùn)動的減弱，粒子的數(shù)密度梯度(絕對值)就會增加；當(dāng)無規(guī)則運(yùn)動能量完全消失時(shí)，粒子完全不能懸浮。除需補(bǔ)充被耗散的無規(guī)則運(yùn)動能量以外，不需要任何形式的懸浮功。顆粒的存在既有使流動阻力減小的一面，又有使阻力增加的一面，而綜合效果則視上述兩種效應(yīng)的相對大小而定。但是，無論如何不能把流動阻力增加歸因于懸浮顆粒需要做功。事實(shí)上，支持顆粒懸浮需要的是沿重力方向的力或動量交換，而流動阻力是沿流動方向的，所以氣懸浮的設(shè)計(jì)是用向上噴出的氣體的承托力來平衡粒子下降的重力的影響。
本發(fā)明具有降低成本，粒子的分布和溫度特性可控，為深入研究高溫粒子光譜特性的物性研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式方法的步驟如下a、打開光譜儀，測量參考輻射光源的輻射強(qiáng)度3次；b、稱取直徑大小為1～500μm粒子，將粒子加入位于反應(yīng)裝置上部的粒子篩分均布裝置；c、啟動電源，預(yù)熱粒子，通過熱電偶測量反應(yīng)裝置內(nèi)的溫度，溫度控制在室溫～1600K，采用循環(huán)水套保溫；d、預(yù)熱的粒子在粒子篩分均布裝置的定盤和動盤打開狀態(tài)下由定盤和動盤的漏孔下落，粒子被篩分和均布、加熱；e、將位于反應(yīng)裝置下部的懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的工質(zhì)噴嘴通過升降裝置對準(zhǔn)反應(yīng)裝置，在懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的氣閥后，氣體向上噴出使篩分的粒子懸?。籪、用一個CCD攝像頭對準(zhǔn)反應(yīng)裝置上一個測量孔，并將其與計(jì)算機(jī)連接由CCD傳入的圖像監(jiān)測爐體內(nèi)的情況，在計(jì)算機(jī)的控制下，通過變焦觀察到粒子的懸浮狀態(tài)，根據(jù)爐內(nèi)篩分粒子的懸浮狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥調(diào)整氣體的速度及流量和控制爐體頂部的氣孔的氣壓來調(diào)整氣體的承托力使懸浮于爐體內(nèi)的粒子處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)；g、待粒子狀態(tài)穩(wěn)定后，用FTIR測量粒子的輻射特性，再重復(fù)3次測量后，測得粒子的透射率、吸收系數(shù)和粒子粒徑分布，關(guān)閉電源。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式的粒子為上海化學(xué)試劑總廠生產(chǎn)的光譜純的Al2O3粒子。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式的粒子直徑大小為1～150μm。其它與具體
具體實(shí)施例方式
四本實(shí)施方式的粒子直徑大小為150～300μm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施例方式
五本實(shí)施方式的粒子直徑大小為300～500μm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施例方式
六本實(shí)施方式的熱電偶為高溫鉑銠-鉑熱電偶與光學(xué)比色測溫計(jì)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
溫度通過高溫鉑銠-鉑熱電偶與光學(xué)比色測溫計(jì)(LBW-B精度達(dá)1％)進(jìn)行監(jiān)測，通過溫度調(diào)節(jié)器對加熱管進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，達(dá)到預(yù)期的溫度保證在測量過程中預(yù)熱室與測量室中粒子的溫度一致。將熱電偶探頭設(shè)計(jì)放置在爐體最高溫處，即測量中心，測量高溫爐的最高溫度。
具體實(shí)施例方式
七本實(shí)施方式的循環(huán)水套內(nèi)的水溫為室溫～80℃。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施例方式
八本實(shí)施方式的動盤旋轉(zhuǎn)速度為0～1200轉(zhuǎn)每分鐘。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
本實(shí)施方式動盤的旋轉(zhuǎn)速度保證粒子的均勻下落。
具體實(shí)施例方式
九本實(shí)施方式中粒子被加熱到室溫～900℃。其它與具體
具體實(shí)施例方式
十本實(shí)施方式中粒子被加熱到900～1300℃。其它與具體
具體實(shí)施例方式
十一本實(shí)施方式的氣瓶采用高壓液氮瓶。其它與具體本實(shí)施方式的氣瓶采用高壓液氮瓶的優(yōu)點(diǎn)是(1)氮?dú)獗旧聿灰着c其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且空氣中富含氮?dú)?，不會像煤氣瓶一樣產(chǎn)生污染，對人體也沒有危害，是環(huán)保型的懸浮工質(zhì)。(2)由于選用高純度的氮?dú)庾鳛閼腋」べ|(zhì)，不含其它雜質(zhì)，純度高，實(shí)驗(yàn)所得到的背景光譜輻射特性單一，因而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確也更容易復(fù)現(xiàn)。(3)在本發(fā)明的條件下，氮?dú)獠粫瑢?shí)驗(yàn)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而對實(shí)驗(yàn)樣品來說是一種安全的懸浮工質(zhì)。
為檢測本發(fā)明的效果，采用具體實(shí)施方式
一的方法，稱取直徑大小為50μm粒子選用上?；瘜W(xué)試劑總廠生產(chǎn)的光譜純的Al2O3粒子，粒子經(jīng)過預(yù)熱和加熱，與測量室的溫度是一致的，均布的效果很明顯，達(dá)到近似的靜態(tài)均布。
本發(fā)明具有降低成本，粒子的分布和溫度特性可控，為深入研究高溫粒子光譜特性的物性研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種均布加熱粒子的方法，其特征在于方法的步驟如下a、打開光譜儀，測量參考輻射光源的輻射強(qiáng)度3次；b、稱取直徑大小為1～500μm粒子，將粒子加入位于反應(yīng)裝置上部的粒子篩分均布裝置；c、啟動電源，預(yù)熱粒子，通過熱電偶測量反應(yīng)裝置內(nèi)的溫度，溫度控制在室溫～1600K，采用循環(huán)水套保溫；d、預(yù)熱的粒子在粒子篩分均布裝置的定盤和動盤打開狀態(tài)下由定盤和動盤的漏孔下落，粒子被篩分和均布、加熱；e、將位于反應(yīng)裝置下部的懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的工質(zhì)噴嘴通過升降裝置對準(zhǔn)反應(yīng)裝置，在懸浮工質(zhì)預(yù)熱室的氣閥后，氣體向上噴出使篩分的粒子懸??；f、用一個CCD攝像頭對準(zhǔn)反應(yīng)裝置上一個測量孔，并將其與計(jì)算機(jī)連接由CCD傳入的圖像監(jiān)測爐體內(nèi)的情況，在計(jì)算機(jī)的控制下，通過變焦觀察到粒子的懸浮狀態(tài)，根據(jù)爐內(nèi)篩分粒子的懸浮狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥調(diào)整氣體的速度及流量和控制爐體頂部的氣孔的氣壓來調(diào)整氣體的承托力使懸浮于爐體內(nèi)的粒子處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)；g、待粒子狀態(tài)穩(wěn)定后，用FTIR測量粒子的輻射特性，再重復(fù)3次測量后，測得粒子的透射率、吸收系數(shù)和粒子粒徑分布，關(guān)閉電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于粒子直徑大小為1～150μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于粒子直徑大小為150～300μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于粒子直徑大小為300～500μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于熱電偶為高溫鉑銠-鉑熱電偶與光學(xué)比色測溫計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于循環(huán)水套內(nèi)的水溫為室溫～80℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于動盤旋轉(zhuǎn)速度為0～1200轉(zhuǎn)每分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于粒子被加熱到室溫～900℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于粒子被加熱到900～1300℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均布加熱粒子的方法，其特征在于氣瓶采用高壓液氮瓶。
全文摘要
均布加熱粒子的方法，它涉及一種均布加熱粒子的方法。它解決了目前測量高溫粒子性能是進(jìn)行實(shí)際的發(fā)動機(jī)試車，費(fèi)用昂貴，粒子分布和溫度特性不可控制的問題。它的方法的步驟如下稱取直徑大小為1～500μm粒子，將粒子加入粒子篩分均布裝置，啟動電源，預(yù)熱粒子，通過熱電偶測量爐體內(nèi)的溫度；預(yù)熱的粒子由定盤和動盤的漏孔下落粒子被篩分和均布、加熱；將工質(zhì)噴嘴通過升降裝置對準(zhǔn)爐體，在打開氣瓶的氣閥后，氣體向上噴出使篩分的粒子懸浮，測得粒子的透射率、吸收系數(shù)和粒子粒徑分布，關(guān)閉電機(jī)。本發(fā)明具有降低成本，粒子的分布和溫度特性可控，為深入研究高溫粒子光譜特性的物性研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N15/00GK1971239SQ20061015107
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者戴景民, 談和平, 崔學(xué)風(fēng), 劉曉東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)