油水分離技術(shù)對(duì)水資源的治理和環(huán)境的改善非常重要,油水界面特性檢測(cè)是該技術(shù)的關(guān)鍵要求之一.本文提出了采用激光等離子體光譜法進(jìn)行油水界面探測(cè)的方法,并進(jìn)行了理論研究和驗(yàn)證.本文實(shí)驗(yàn)研究了等離子體電子溫度和電子密度的空間分布特性,并結(jié)合激光聚焦特性,提出了激光等離子體空間分布的半橢球模型;采用激光誘導(dǎo)等離子體光譜法,基于元素發(fā)光特性差異,對(duì)油水界面的位置進(jìn)行了判定;結(jié)合譜線強(qiáng)度與元素濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,基于半橢球模型得到特征譜線強(qiáng)度與元素個(gè)數(shù)關(guān)系式;進(jìn)一步對(duì)特征元素強(qiáng)度比值和油膜厚度關(guān)系進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了不同厚度油層的光譜測(cè)量.本文分析了C和H元素的自吸收效應(yīng)隨油膜厚度的變化規(guī)律,驗(yàn)證了采用檢測(cè)光譜信號(hào)的特征元素相對(duì)強(qiáng)度比對(duì)油膜厚度直接判斷的合理性.根據(jù)譜線強(qiáng)度比和油厚的散點(diǎn)分布,以及仿真曲線,本文得到實(shí)驗(yàn)誤差隨油厚的變化規(guī)律,并且相對(duì)誤差總體小于20%,這也驗(yàn)證了該方法的可靠性. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2020,50(08)北大核心

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【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)去離子水、油水混合物、純油光譜圖

基于激光等離子體的半橢球模型,可以得到燒蝕范圍的碳原子與氫原子的元素特征峰強(qiáng)度比,由此計(jì)算得到兩者的濃度比.擊穿區(qū)域內(nèi),由于碳原子全部來(lái)源于油,氫原子來(lái)源于油和水,所以擊穿區(qū)域碳原子與氫原子的含量比為其中,moil和mwater分別表示燒蝕區(qū)域油和水的質(zhì)量MCH2和MH2 O分別表示油和水的摩爾質(zhì)量.在相同實(shí)驗(yàn)條件下,忽略系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng)問(wèn)題,以及環(huán)境的影響假定每次燒蝕的體積不變,則元素個(gè)數(shù)比就等于相應(yīng)粒子的濃度比.可表述為

由圖5可見(jiàn),C譜線的自吸收系數(shù)隨油厚呈現(xiàn)先增大后平衡的趨勢(shì),這主要是由水和油的折射率差異引起的[26].在相同條件激光脈沖作用下,水的折射率(約1.33)比油(約1.47)略低,所以擊穿體積略大,等離子體邊緣基態(tài)粒子數(shù)較多,自吸收會(huì)更加明顯.而隨著油厚的逐漸增大,等離子體體積減小,蒸發(fā)量減小,但同時(shí)高能態(tài)粒子數(shù)增加,從而自吸收逐漸減弱.當(dāng)油厚接近擊穿油層的臨界值時(shí),燒蝕體積也趨于最小,自吸收擬合曲線區(qū)域平穩(wěn).相比于C峰的自吸收越來(lái)越小的變化趨勢(shì),Hα線具有良好的譜線線型,自吸收變化很小基本趨于常數(shù).這是因?yàn)樵谙嗤咏M態(tài)下,Hα線的總角動(dòng)量較小(656.28,1/2-1/2),因此躍遷譜線的自吸收相對(duì)較小,并且激光器能量抖動(dòng)影響相對(duì)較弱.隨著油厚的增加,燒蝕體積和基態(tài)粒子數(shù)的減小,也會(huì)進(jìn)一步減小Hα譜線的自吸收效應(yīng).4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]無(wú)自吸收效應(yīng)的光學(xué)薄激光誘導(dǎo)擊穿光譜研究與性能評(píng)估[J]. 張雷,孫穎,侯佳佳,尹王保,董磊,馬維光,肖連團(tuán),賈鎖堂.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2017(12)
[2]GMS軟件技術(shù)在原油泄漏對(duì)地下水污染狀況模擬評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 陜寧,楊永鵬,王曉林.  地下水. 2017(05)
[3]激光誘導(dǎo)擊穿銅特征譜線自吸收特性研究[J]. 徐送寧,段文釗,寧日波,李倩,艾卓,姜冉.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(04)
[4]浮標(biāo)式油膜厚度測(cè)量傳感器的研制[J]. 吳頔,呂且妮,葛寶臻.  中國(guó)激光. 2014(01)
[5]懸浮液霧化進(jìn)樣感耦等離子體基本參數(shù)研究Ⅰ.等離子體激發(fā)溫度測(cè)定[J]. 汪正,邱德仁,陶光儀,楊芃原.  光譜學(xué)與光譜分析. 2009(03)
[6]飛秒激光誘導(dǎo)水光學(xué)擊穿的橢球體模型[J]. 王亞偉,王立峰,鄧曉斌,劉瑩,卜敏.  中國(guó)激光. 2008(10)
[7]激光大氣等離子體的電子密度空間分布特性研究[J]. 林兆祥,陳波,吳金泉,龔順生,孫奉?yuàn)?  光譜學(xué)與光譜分析. 2007(01)



本文編號(hào)：3004373