油水分離技術(shù)對水資源的治理和環(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行油水界面探測的方法,并進行了理論研究和驗證.本文實驗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,對油水界面的位置進行了判定;結(jié)合譜線強度與元素濃度的對應(yīng)關(guān)系,基于半橢球模型得到特征譜線強度與元素個數(shù)關(guān)系式;進一步對特征元素強度比值和油膜厚度關(guān)系進行了研究,實現(xiàn)了不同厚度油層的光譜測量.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,驗證了采用檢測光譜信號的特征元素相對強度比對油膜厚度直接判斷的合理性.根據(jù)譜線強度比和油厚的散點分布,以及仿真曲線,本文得到實驗誤差隨油厚的變化規(guī)律,并且相對誤差總體小于20%,這也驗證了該方法的可靠性. 

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

【文章頁數(shù)】：9 頁

【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度比,由此計算得到兩者的濃度比.擊穿區(qū)域內(nèi),由于碳原子全部來源于油,氫原子來源于油和水,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.在相同實驗條件下,忽略系統(tǒng)帶來的波動問題,以及環(huán)境的影響假定每次燒蝕的體積不變,則元素個數(shù)比就等于相應(yīng)粒子的濃度比.可表述為

由圖5可見,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,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,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峰的自吸收越來越小的變化趨勢,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).這是因為在相同原子組態(tài)下,Hα線的總角動量較小(656.28,1/2-1/2),因此躍遷譜線的自吸收相對較小,并且激光器能量抖動影響相對較弱.隨著油厚的增加,燒蝕體積和基態(tài)粒子數(shù)的減小,也會進一步減小Hα譜線的自吸收效應(yīng).4.3 實驗驗證

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3004373