制冷机房氨气泄漏扩散及激光吸收光谱检测研究

论文摘要

随着居民生活水平的提高,人们对冷藏、冷冻食品的需求不断增加,带动了民营冷库数量大幅增长。但日常监管的疏松使得氨制冷压力管道在长期地运行过程中面临紧固件松弛、阀门失效、腐蚀穿孔等问题,导致氨冷媒泄漏事故频发。在泄漏初期,若无法有效、快速地检测预警,极易造成大规模氨泄漏而引发火灾爆炸,对人员生命及经济财产构成极大威胁。本文以流体动力学和光谱学基础知识为理论研究框架,以制冷机房泄漏氨气为研究对象,分析了其扩散特性及事故通风优化方案,并基于可调谐半导体激光吸收光谱原理开展了氨气激光检测的相关技术问题研究。主要研究内容如下:（1）基于计算流体力学方法,分析了制冷机房压缩机高压排气管道与低压吸气管道氨气泄漏后浓度分布与温度分布随时间的变化特征,探讨了环境温度、泄漏孔径及泄漏方向等因素对各监测点达到典型危险时间的影响规律,对比了三种事故通风方案的氨气驱散效果;（2）阐明了温度对氨气吸收光谱线强的影响机制,建立了温度-浓度耦合变量下氨气光谱吸光度的关联模型,提出了三级卷积降噪光谱预处理方法以提高多元噪声背景下氨气激光检测精度,搭建了非常温条件下氨气激光检测实验平台并提出浓度反演修正方法;（3）基于无合作目标表面反射特性及激光辐射传输规律对激光回波功率与光路特点进行分析,提出了菲涅尔透镜阵列光学接收方案,并与常规的单独菲涅尔透镜接收系统进行光学接收性能对比分析。开展了开放光路无合作目标条件下氨气激光检测实验,确定了系统最佳控制参数,获得了不同检测距离下氨气二次谐波信号幅值变化规律。本文以制冷机房氨气泄漏为研究背景,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术开展了非常温条件和无合作目标条件下氨气激光检测研究,为今后制冷机房氨气泄漏的快速检测技术发展提供了一定的参考意义。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 氨气泄漏扩散数值模拟研究

1.2.2 激光吸收光谱气体检测研究

1.3 主要研究内容

第二章制冷机房氨气泄漏扩散模型建立

2.1 氨气泄漏射流理论

2.1.1 气体射流的分类

2.1.2 氨气泄漏射流特征

2.1.3 氨气泄漏初始速度

2.2 制冷压缩机氨气泄漏成因及扩散影响因素

2.2.1 制冷压缩机氨气泄漏的成因

2.2.2 泄漏氨气扩散的影响因素

2.3 物理模型

2.4 数学模型

2.4.1 基本假设

2.4.2 控制方程

2.4.3 边界条件

2.5 网格划分及模型验证

2.5.1 网格划分

2.5.2 模型验证

2.6 本章小结

第三章制冷机房氨气泄漏扩散及事故通风模拟

3.1 制冷压缩机排气端泄漏扩散表征分析

3.1.1 泄漏氨气浓度分布

3.1.2 泄漏氨气温度分布

3.2 制冷压缩机吸气端泄漏扩散表征分析

3.2.1 泄漏氨气浓度分布

3.2.2 泄漏氨气温度分布

3.3 不同影响因素下典型危险时间分析

3.3.1 环境温度的影响

3.3.2 泄漏孔径的影响

3.3.3 泄漏方向的影响

3.4 制冷机房氨气泄漏事故通风优化

3.5 本章小结

第四章温度对氨气吸收光谱特性及激光检测的影响

4.1 可调谐半导体激光吸收光谱原理

4.1.1 TDLAS检测原理

4.1.2 浓度反演方法

4.2 温度对氨气吸收谱线线型函数的影响

4.3 氨气吸收光谱特性的关联分析

4.4 多源噪声背景下氨气浓度反演

4.5 非常温条件下氨气激光检测的浓度反演修正

4.6 本章小结

第五章无合作目标条件下氨气激光检测研究

5.1 无合作目标条件下激光光路传输分析

5.2 控制参数对氨气二次谐波的影响

5.3 开放光路氨气激光检测实验

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王迪

导师: 吴国忠,李栋,庞鑫峰

关键词: 氨气,泄漏扩散,激光检测,吸收光谱

来源: 东北石油大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,工业通用技术及设备

单位: 东北石油大学

分类号: TB657;O433.5

DOI: 10.26995/d.cnki.gdqsc.2019.000220

总页数: 85

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