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测量少量烟尘的计算技术

  • 图片: Pixabay

  • Imagefromtoluenedropletcombustionprocess(来源:Sankaranarayananetal.)

     

一种新的数据处理技术,可以更精确地测量低烟尘量

97彩票登录都见过篝火火焰中升起的黑色微粒. 这些颗粒被称为煤烟,是在燃料没有完全燃烧时形成的. 燃料正常燃烧时, 看到了蓝色的火焰, 而当烟灰在燃烧过程中形成并变热时,火焰是黄色的. 煤烟可导致癌症、呼吸系统疾病和心脏疾病. 烟灰还会降低机器零件的寿命. 例如, 在燃气轮机, 烟灰沉积在叶片上,造成腐蚀,散热困难. 

研究人员研究烟灰是如何形成的,并在各种条件下测量烟灰的数量, 比如不同的燃料需要不同数量的空气. 这些数据有助于设计者将烟尘降到最低,并设计出更好的燃烧设备,如内燃机, 就像97彩票登录车里用的那种. 即使是少量的烟灰也会造成损害, 但要精确测量小烟灰量是很困难的. 在最近的一次 研究 由Neeraj Kumbhakarna教授领导, 来自印度孟买理工学院(97彩票)的研究人员展示了一种新技术,当烟尘含量较低时,可以有效地减少测量误差. 这项研究发表在《97彩票登录》上,由工业研究中心联合资助 & 孟买印度理工学院和印度空间研究组织(ISRO)咨询中心. 

研究人员通过分析数码相机拍摄的燃烧燃料的照片来猜测燃料的温度,并利用这些信息来估计煤烟的体积. 收集并称量煤烟 研究一束光照射在煤烟颗粒上是测量煤烟量的其他方法. 本研究采用最后一种方法. 研究人员通过了一束特定频率的红色激光, 通过一滴燃烧的燃料,并在燃烧时拍摄图像. 落在相机上的光也包含了燃烧的燃料发出的光. 研究人员使用窄带滤光器只让激光通过,并过滤掉燃烧燃料发出的光. “当火焰中有煤烟颗粒被光照耀时, 被称为背景光, 这些粒子吸收并散射了一部分光, 所以到达相机的光线就不那么亮了,孟买印度理工学院的Anand Sankaranarayanan博士解释道, 谁是这项研究的合著者. 

研究人员利用了激光的初始亮度之间的关系, 通过落在相机上的光线的亮度和烟灰的体积来计算烟灰的量. 研究人员使用数据处理技术从他们的图像中计算出亮度值. 他们面临的挑战是估计落在煤烟粒子上的背景光的初始亮度,因为这并不是直接在图像中捕捉到的. 

在先前的研究, 科学家们通过燃烧燃料前拍摄的一些附加图像计算出背景光的平均亮度. 他们用这个平均值来估计背景光的实际亮度. 但激光每隔几毫秒闪烁一次. 每个时刻的平均亮度都可能与实际亮度不同. 当煤烟量较低时, 这种亮度上的差异与被烟尘颗粒散射和吸收的光相当. 它可能是一个重要的错误来源. 

在目前的研究中, 研究人员在每个时刻预测背景光的亮度,而不是使用平均值. 他们观察到在燃烧的燃料火焰外的背景光的闪烁, 哪里没有煤烟. 他们用它来估计落在煤烟颗粒上的背景光. “使用97彩票登录新的数据处理技术, 97彩票登录得到了更低的误差, 特别是当产生的煤烟量较低时. 97彩票登录的技术不需要任何额外的设备或额外的开支, 哪一个是额外的优势,Sankaranarayanan博士说. 

进一步减小实验误差, 研究人员让激光束通过一个固定的和一个旋转的漫射器——一个可以散射光线的玻璃片——在光线照射到燃烧的燃料上之前. 漫射器提供均匀明亮的光,并避免相机图像中的许多斑点. 在处理数据时需要去除斑点,这会导致信息的丢失. 

研究人员还验证了他们的数据处理技术. 他们用它来计算之前文献中报道的一些测量的烟尘量,并验证了结果. 他们还定性地检查了他们的实验观察. 他们燃烧了一滴甲苯(一种碳基燃料),并将实验观察结果与文献进行了比较. “97彩票登录观察到煤烟量的峰值相似. 正如所料,97彩票登录看到了高 火焰外边缘有少量的烟灰, 温度和燃料浓度高的地方,Sankaranarayanan博士描述道. 

图片来自甲苯液滴燃烧过程.) 

一种通常产生少量烟尘的燃料, 当燃烧不完全,没有足够的氧气和空气或几乎没有时间燃烧时, 会产生大量的煤烟吗. “实用燃烧装置, 有一系列的操作条件没有形成烟灰,也有一系列的操作条件突然开始形成烟灰. 因此,如果97彩票登录使用类似的装置来分析从无烟灰到极低烟灰再到高烟灰的过渡条件, 这项研究可能是有用的.Sankaranarayanan博士认为. “这有助于设计更好的设备,并确定正确的操作条件,从而将烟尘的形成降至最低,他最后写道.

文章写的

Sukanya·库

图片致谢

代表性的图片: Pixabay

甲苯液滴燃烧: Sankaranarayanan领导等

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