专利名称：均布加热粒子的方法
技术领域：
本发明具体涉及一种均布加热粒子的方法。
背景技术：
粒子态物质大量存在于化工、冶金、动力、建筑、医药、生物、食品、航天、气象等多个应用领域，粒子问题的研究涉及天体物理学、地球物理学、光学、电磁学、微观物理学、生物学、胶体化学、声学、军事科学等多个学科。典型的含粒子介质包括含炭黑及飞灰的火焰，射流及固体火箭尾喷焰，含微粒半透明材料如感光材料、含微粒红外隐身涂料、纳米粒子半导体材料如硒化镉、硫化铅等。同时，在高温燃烧系统中甚至在常温状态下，超细的基本粒子(如煤灰粒子、火箭尾喷焰及超燃发动机喷焰中的金属粒子等)会聚集成形状、大小各异的聚集态团簇，其光谱辐射特性是设计固体火箭发动机比冲、烧蚀材料及羽焰隐身等关键特性的重要参数，目前主要是通过实际发动机试车来测量，需要投入大量的人力物力。
针对粒子及粒子系的辐射特性，英国、美国、日本、原苏联做过很多研究，其研究方法有两种1、基于电磁理论，先确定粒子的单色复折射率，由此再加上粒子浓度、粒径分布、温度等参数，用Mie氏理论算出粒子系的散射、衰减及吸收系数；2、基于实验，在现场或实验室测量含粒子气流的吸收或辐射，根据吸收或辐射量确定含粒子气流的有效黑度或有效衰减系数。粒子的光学常数(复折射率)属基本物性参数，与其组份、温度、表面状况有关。由于粒子的比表面积比其块状物质大得多，且高温粒子易聚集成团，导致粒子表面状况复杂，因此，粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数。而通过粒子光谱复折射率数据，研究粒子及聚集粒子系的辐射特性，不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义，而且具有广泛的实际应用价值。但目前与动力有关的煤、灰、碳黑粒子辐射特性的研究较多，与其它领域(如火箭发动机)有关的金属与金属氧化物粒子的研究较少，尤其是在高温下，这类粒子复折射率公开发表的数据很难找到。由于粒子的尺寸太小，单个粒子的热物性测量很难实现，国际上常用的方法是将种粒子制成薄膜或悬浮液，再进行测量，这样的测试结果与粒子在空中悬浮还有较大的差距。同时，国外研究的气体或悬浮热物性测量技术，考虑到温度测量、试样加热等实际问题，试样的尺寸不可能做得很小，所以还不是真正的粒子辐射特性。
目前如何获得可控的均匀分布的高温粒子场一直是一个难题。常规的方法是进行实际的发动机试车，但是这样的粒子分布和温度特性是不可控制的，无法做深入的定量的科学研究。
发明内容
本发明目的是为了解决目前测量高温粒子性能是进行实际的发动机试车，费用昂贵，粒子分布和温度特性不可控制的问题，提供了一种均布加热粒子的方法。本发明方法的步骤如下a、打开光谱仪，测量参考辐射光源的辐射强度3次；b、称取直径大小为1～500μm粒子，将粒子加入位于反应装置上部的粒子筛分均布装置；c、启动电源，预热粒子，通过热电偶测量反应装置内的温度，温度控制在室温～1600K，采用循环水套保温；d、预热的粒子在粒子筛分均布装置的定盘和动盘打开状态下由定盘和动盘的漏孔下落，粒子被筛分和均布、加热；e、将位于反应装置下部的悬浮工质预热室的工质喷嘴通过升降装置对准反应装置，在悬浮工质预热室的气阀后，气体向上喷出使筛分的粒子悬浮；f、用一个CCD摄像头对准反应装置上一个测量孔，并将其与计算机连接由CCD传入的图像监测炉体内的情况，在计算机的控制下，通过变焦观察到粒子的悬浮状态，根据炉内筛分粒子的悬浮状态，调节阀调整气体的速度及流量和控制炉体顶部的气孔的气压来调整气体的承托力使悬浮于炉体内的粒子处于相对的稳定状态；g、待粒子状态稳定后，用FTIR测量粒子的辐射特性，再重复3次测量后，测得粒子的透射率、吸收系数和粒子粒径分布，关闭电源。
本发明的原理微观粒子的悬浮完全是靠粒子本身的无规则运动维持的，只要有无规则运动存在，粒子就能维持悬浮状态。如果无规则运动有某种耗散机制，则为维持原有的悬浮状态只要以某种方法补充微粒的无规则运动的能量即可；如能量补充不足，则随着无规则运动的减弱，粒子的数密度梯度(绝对值)就会增加；当无规则运动能量完全消失时，粒子完全不能悬浮。除需补充被耗散的无规则运动能量以外，不需要任何形式的悬浮功。颗粒的存在既有使流动阻力减小的一面，又有使阻力增加的一面，而综合效果则视上述两种效应的相对大小而定。但是，无论如何不能把流动阻力增加归因于悬浮颗粒需要做功。事实上，支持颗粒悬浮需要的是沿重力方向的力或动量交换，而流动阻力是沿流动方向的，所以气悬浮的设计是用向上喷出的气体的承托力来平衡粒子下降的重力的影响。
本发明具有降低成本，粒子的分布和温度特性可控，为深入研究高温粒子光谱特性的物性研究提供可靠的实验数据的优点。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式方法的步骤如下a、打开光谱仪，测量参考辐射光源的辐射强度3次；b、称取直径大小为1～500μm粒子，将粒子加入位于反应装置上部的粒子筛分均布装置；c、启动电源，预热粒子，通过热电偶测量反应装置内的温度，温度控制在室温～1600K，采用循环水套保温；d、预热的粒子在粒子筛分均布装置的定盘和动盘打开状态下由定盘和动盘的漏孔下落，粒子被筛分和均布、加热；e、将位于反应装置下部的悬浮工质预热室的工质喷嘴通过升降装置对准反应装置，在悬浮工质预热室的气阀后，气体向上喷出使筛分的粒子悬浮；f、用一个CCD摄像头对准反应装置上一个测量孔，并将其与计算机连接由CCD传入的图像监测炉体内的情况，在计算机的控制下，通过变焦观察到粒子的悬浮状态，根据炉内筛分粒子的悬浮状态，调节阀调整气体的速度及流量和控制炉体顶部的气孔的气压来调整气体的承托力使悬浮于炉体内的粒子处于相对的稳定状态；g、待粒子状态稳定后，用FTIR测量粒子的辐射特性，再重复3次测量后，测得粒子的透射率、吸收系数和粒子粒径分布，关闭电源。
具体实施例方式
二本实施方式的粒子为上海化学试剂总厂生产的光谱纯的Al2O3粒子。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施例方式
三本实施方式的粒子直径大小为1～150μm。其它与具体
具体实施例方式
四本实施方式的粒子直径大小为150～300μm。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施例方式
五本实施方式的粒子直径大小为300～500μm。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施例方式
六本实施方式的热电偶为高温铂铑-铂热电偶与光学比色测温计。其它与具体实施方式
一相同。
温度通过高温铂铑-铂热电偶与光学比色测温计(LBW-B精度达1％)进行监测，通过温度调节器对加热管进行调节与控制，达到预期的温度保证在测量过程中预热室与测量室中粒子的温度一致。将热电偶探头设计放置在炉体最高温处，即测量中心，测量高温炉的最高温度。
具体实施例方式
七本实施方式的循环水套内的水温为室温～80℃。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施例方式
八本实施方式的动盘旋转速度为0～1200转每分钟。其它与具体实施方式
一相同。
本实施方式动盘的旋转速度保证粒子的均匀下落。
具体实施例方式
九本实施方式中粒子被加热到室温～900℃。其它与具体
具体实施例方式
十本实施方式中粒子被加热到900～1300℃。其它与具体
具体实施例方式
十一本实施方式的气瓶采用高压液氮瓶。其它与具体本实施方式的气瓶采用高压液氮瓶的优点是(1)氮气本身不易与其他物质发生化学反应，而且空气中富含氮气，不会像煤气瓶一样产生污染，对人体也没有危害，是环保型的悬浮工质。(2)由于选用高纯度的氮气作为悬浮工质，不含其它杂质，纯度高，实验所得到的背景光谱辐射特性单一，因而，实验结果更准确也更容易复现。(3)在本发明的条件下，氮气不会同实验样品发生化学反应，因而对实验样品来说是一种安全的悬浮工质。
为检测本发明的效果，采用具体实施方式
一的方法，称取直径大小为50μm粒子选用上海化学试剂总厂生产的光谱纯的Al2O3粒子，粒子经过预热和加热，与测量室的温度是一致的，均布的效果很明显，达到近似的静态均布。
本发明具有降低成本，粒子的分布和温度特性可控，为深入研究高温粒子光谱特性的物性研究提供可靠的实验数据的优点。
权利要求
1.一种均布加热粒子的方法，其特征在于方法的步骤如下a、打开光谱仪，测量参考辐射光源的辐射强度3次；b、称取直径大小为1～500μm粒子，将粒子加入位于反应装置上部的粒子筛分均布装置；c、启动电源，预热粒子，通过热电偶测量反应装置内的温度，温度控制在室温～1600K，采用循环水套保温；d、预热的粒子在粒子筛分均布装置的定盘和动盘打开状态下由定盘和动盘的漏孔下落，粒子被筛分和均布、加热；e、将位于反应装置下部的悬浮工质预热室的工质喷嘴通过升降装置对准反应装置，在悬浮工质预热室的气阀后，气体向上喷出使筛分的粒子悬浮；f、用一个CCD摄像头对准反应装置上一个测量孔，并将其与计算机连接由CCD传入的图像监测炉体内的情况，在计算机的控制下，通过变焦观察到粒子的悬浮状态，根据炉内筛分粒子的悬浮状态，调节阀调整气体的速度及流量和控制炉体顶部的气孔的气压来调整气体的承托力使悬浮于炉体内的粒子处于相对的稳定状态；g、待粒子状态稳定后，用FTIR测量粒子的辐射特性，再重复3次测量后，测得粒子的透射率、吸收系数和粒子粒径分布，关闭电源。
2.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于粒子直径大小为1～150μm。
3.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于粒子直径大小为150～300μm。
4.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于粒子直径大小为300～500μm。
5.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于热电偶为高温铂铑-铂热电偶与光学比色测温计。
6.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于循环水套内的水温为室温～80℃。
7.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于动盘旋转速度为0～1200转每分钟。
8.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于粒子被加热到室温～900℃。
9.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于粒子被加热到900～1300℃。
10.根据权利要求1所述的均布加热粒子的方法，其特征在于气瓶采用高压液氮瓶。
全文摘要
均布加热粒子的方法，它涉及一种均布加热粒子的方法。它解决了目前测量高温粒子性能是进行实际的发动机试车，费用昂贵，粒子分布和温度特性不可控制的问题。它的方法的步骤如下称取直径大小为1～500μm粒子，将粒子加入粒子筛分均布装置，启动电源，预热粒子，通过热电偶测量炉体内的温度；预热的粒子由定盘和动盘的漏孔下落粒子被筛分和均布、加热；将工质喷嘴通过升降装置对准炉体，在打开气瓶的气阀后，气体向上喷出使筛分的粒子悬浮，测得粒子的透射率、吸收系数和粒子粒径分布，关闭电机。本发明具有降低成本，粒子的分布和温度特性可控，为深入研究高温粒子光谱特性的物性研究提供可靠的实验数据的优点。
文档编号G01N15/00GK1971239SQ20061015107
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者戴景民, 谈和平, 崔学风, 刘晓东 申请人:哈尔滨工业大学