超声波衰减谱的颗粒粒径表征方法【字数：15330】

超声波衰减谱的颗粒粒径表征方法[160515105595193x]

摘 要颗粒是一种常见的物质存在形态。包括固、液、气三种形态，同样它也是人为产生的产物。正是由于颗粒具有覆盖范围的广泛性，基础理论的概括性和技术的实用性，我们逐渐意识到需要研究不管是颗粒本身还是颗粒的粒度和浓度的测量。它在许多行业都有着重大的应用背景和经济价值。所以在各个地方都有对颗粒方面的研究。本文采用了相对比较有效和完整的ECAH理论模型，进行理论的模拟，超声颗粒测量方法因为其优点较明显，所以都在这方面展开了较多研究。超声衰减谱方法能有效测量高浓度微米和纳米级颗粒两相介质，并且能够表征颗粒粒度分布。
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景以及意义 1
1.2 本文研究内容 2
第二章 颗粒粒度分布测量方法及进展 4
2.1颗粒粒度分布测量方法介绍 4
2.1.1 光散射法 4
2.1.2 显微镜法 4
2.2 颗粒粒度分布测量方法进展 5
第三章 超声谱法测量颗粒粒径的理论方法 6
3.1 ECAH理论模型的由来 6
3.2 选用ECAH理论模型的原因 6
3.3 超声衰减的数值计算 7
3.3.1聚苯乙烯水悬浊液的数值模拟 8
3.3.2 纳米颗粒的测量 11
3.4 反演算法的研究 11
3.4.1非独立模式算法（分布函数算法） 11
3.4.2独立模式算法 13
3.5 本章小结 14
第四章 测量方法和系统 16
4.1 超声衰减谱测量方法 16
4.2 系统的硬软件部分 16
4.3 数据分析程序 18
4.4 本章小结 19
第五章 超声衰减谱和颗粒粒径的结果与分析 20
5.1超声谱法测量结果 20
5.2样品超声衰减谱法测量结果 21
5.3 颗粒粒径结果分析 23
5.4细小颗粒的测量（纳米级） 23
5.4.1超声波谱法测量结果 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072* 

5.4.2纳米银测量结果 24
5.5 本章小结 26
第六章 结果与讨论 27
6.1理论方面 27
6.2 实际操作方面 27
6.3展望 27
参考文献 28
致谢 30
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景以及意义
颗粒是一种生活中很常见的物质，它是在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。颗粒的种类分为许多种，通常指大气中的粉尘、化学烟雾和煤烟。而形成颗粒的原因还是挺多的，大多数都是我们自己造成的。就比如废弃厂房排放的固体粉颗粒，汽车尾气产生的，包括我们焚烧物体，不管是农作物还是燃料。当然也有的是原来大自然中就存在的。在生活中，涉及到颗粒的实物还是很常见的，就跟大气和水一般。
在环境这个区域，颗粒在大气环境中对人类的健康造成的危害还是比较明显的。大气环境中的颗粒对天气、气候的影响也是显著的。这是我们，国家以及世界需要关注的问题。PM2.5颗粒能够影响大气能见度，导致空气混浊，也会直接影响交通出行；沙尘暴是一种很严重的灾害性天气，它能造成严重的环境破坏，并对人类造成巨大的安全影响以及经济损失。大气环境中可吸入颗粒物的主要来源为工业或生活的烟尘和污气、汽车排放的大量尾气等，我们周围的环境遭受了严重的污染。实时检测，制定有效的方案来控制排放废弃物，保护工作人员的身体健康是颗粒学领域当下抓紧需要研究解决的问题。
在国内，生物质颗粒是替代煤的燃料。大多都用在人工生火，工业燃烧锅炉和物理发电，这样既节能又环保。锅炉的燃料通常以农业的废弃物料为主，燃料不进行二次以及更多次的加工操作，目的是为了节省投资成本。但就从此类偷工减料的锅炉的发展来看，它是利用了农作物的废弃料燃烧来供应热量，大大节省了使用其他的燃料的投资，并且这些废弃的农作物得到了相应的处理，节约了废料处理的开销。使用生物颗粒作为燃料，它的污染以及排放会很少，所以大多数企业使用十分积极，都乐意选取此种燃料。另外，燃煤是一个发电站大的投资，而且煤矿随着不断的开放已经越来越少，煤的价格也是随之日益提高，也就是说发电的成本也越来越高。而生物质颗粒每吨按一千元计算，成本花费五百元，所以成本是比较低的。生物质颗粒的热量和煤的差不多，每公斤颗粒可燃烧好几个小时，而且排放对于国家标准是绰绰有余的达标。由此看来生物质颗粒发电已经成为国内外的趋势。所以怎么进一步降低煤的使用率，提高颗粒利用，都是我们需要去完成的事情。
由于颗粒在生活中是极其常见的一种存在方式，让我们对其不管是研究还是运用技术都展开了由浅入深的学习。慢慢的，我们发现，我们在不同领域、不同方式、不同定位来诠释解释颗粒，不管是性质还是理论还是规律。从一些研究，我们发现，颗粒的粒径在对其哪种作用的时候有质的影响，决定了其应该是在哪里起到它该起的作用。
对于颗粒的粒径测量，如今在许多行业都有着重大的背景和价值。随着逐渐发展的科技，颗粒测量技术的普遍应用，要求我们队颗粒的测量必须更加精确精细以及经济。为此，世界各国高校与研究机构都进行了颗粒方面的研究。其中，发现超声颗粒测量方法由于其适合于高浓度的在线测量，而且其具有很宽的超声频带，可测量的颗粒上限很高，下限很低，适合超细纳米材料测量，是目前最热门的一个研究方向。基于脉冲波的宽带衰减谱方法是目前得到研究较多的一个技术，不管是采用透射式还是反射回波测量，具有不少的研究案例，相对来说，超声波的相速度谱和阻抗谱的信息获取、分析和粒径测试技术的研究则相对少一些，因此作者的课题以超声谱的多种信息获取为着眼点，以较为成熟的衰减谱方法为主，以期获得更为丰富的颗粒信息和更为可靠准确的测量。
1.2 本文研究内容
第一章介绍本课题的研究背景和意义，在此基础上，提出本文的研究工作内容。
第二章综述了目前颗粒粒度分布的测量方法并进行了相应的评价，指出了超声谱法颗粒测量的优势，介绍了超声法粒度检测的国内外研究现状。
第三章重点介绍了超声谱法测量颗粒粒度的理论基础。对超声颗粒测量技术中的物理模型进行分析研究，选择合适的理论模型——ECAH 模型，依据超声在颗粒两相介质中的衰减机制，并借助颗粒散射理论将复波数表达式变形，分别给出了超声基本物理量即超声衰减的理论表达式。利用该模型分别对聚苯乙烯水悬浊液，纳米银颗粒的声衰减随频率变化进行了数值计算。最后，介绍了后续用到的独立模式和限定模式的反演算法。

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