湍流火焰

p　　strong仪器信息网讯/strong 2018年3月24日，第六届中国激光诱导击穿光谱技术研讨会（CSLIBS 2018）在西安交通大学召开。CSLIBS 2018由中国光学工程学会激光诱导击穿光谱专业委员会主办，西安交通大学承办，西安电子科技大学、中国科学院西安光学精密机械研究所协办。来自科研院校的专家学者以及相关企业、仪器设备公司的200多位代表参加了此次会议。/pp style="text-align: center "img title="会场1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/1933c015-4973-48a8-b006-9a706065852b.jpg"//pp style="text-align: center "img title="会场1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/c154933b-bdb3-4f0f-906b-0a9b6ae69a4b.jpg"//pp style="text-align: center "CSLIBS 2018会议现场/pp　　会议举行了简短的开幕式，激光诱导击穿光谱专业委员会副主任陆继东、西安交通大学能动学院副院长赵亮分别致欢迎辞，西安交通大学王珍珍教授主持开幕式。致辞中，陆继东副主任表示，本次会议有许多热爱激光诱导击穿光谱的老朋友，也有非常多的来自各个领域的新朋友，会议将以“能源动力”为主题展开广泛的交流。赵亮副院长介绍了西安交大能动学院的概况，以及学院开展激光诱导击穿光谱研究工作的情况。二位都预祝此次会议取得圆满成功和丰硕成果。/pp style="text-align: center "img title="陆继东1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/6ef00b4f-e892-4c39-92f8-b7c0abd03bc2.jpg"//pp style="text-align: center "激光诱导击穿光谱专业委员会副主任陆继东/pp style="text-align: center "img title="赵亮.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/43ee6863-9b89-459e-a932-5629c18ce2e5.jpg"//pp style="text-align: center "西安交通大学能动学院副院长赵亮/pp style="text-align: center "img title="王珍珍.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/193a7e27-6135-44a0-8235-80e411cb9525.jpg"//pp style="text-align: center "西安交通大学王珍珍教授/pp　　激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)利用激光功率密度非常高的特点，与物质(气体、固体、液体)直接相互作用，从而产生高温等离子体，待测元素在高温等离子体中激发或电离，根据特征谱线进行定性分析，根据特征谱线的强度进行定量分析。LIBS具有不需要样品准备、多元素同时检测、测量速度快、可远程非接触测量、系统结构组成简单等诸多优点，因此，在2004年的一篇综述文章中，世界著名的光谱分析专家James Winefordner博士称之为化学分析技术的“未来之星”。/pp　　不过，LIBS是一个优点与缺点都非常明显的分析技术。由于受不可控的激光-物质(无法通过样品准备进行精确控制)相互作用的影响，加上其后的激光-等离子体(由激光烧蚀产生)、等离子体-环境气体、等离子体-激波(由等离子体快速碰撞产生)之间相互作用过程中受多种不确定因素的影响，导致LIBS系统信号测量不确定度较高，可重复性精度较差；受基体效应的影响，测量误差也相对较大。/pp　　所以，关于对LIBS的看法也有着很多不同的声音，看好、不看好都有。对此，上海交通大学俞进教授和清华大学王哲教授都曾说到，LIBS在短短的时间内吸引了大量学者和工业界人士的关注，是因为LIBS能够解决其他技术不能解决的问题。而对于LIBS能不能用的问题，二人如此说到，“LIBS肯定能用，但不能用在所有地方，让LIBS做自己能做的事情！”/pp　　如此，也意味着在今后一段时间内，LIBS还需要进行大量的机理、数据处理、应用研究，积极和其他仪器配合，开发商业化定量分析技术......，虽然这个过程可能会有点长，但是对于推动LIBS技术发展、实现其大规模商业应用来说，这些都是非常重要的。/pp　　CSLIBS 2018为期两天，在第一天，西安交通大学严俊杰教授、西安电子科技大学邵晓鹏教授分别做主题报告。/pp style="text-align: center "img title="严俊杰.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/d95b2f75-d32a-4885-ace5-50ca466d7c57.jpg"//pp style="text-align: center "西安交通大学严俊杰教授/pp style="text-align: center "报告题目：燃煤电站调峰过程的能耗和环保性能理论研究/pp　　实现灵活运行、深层次节能减排是燃煤发电行业发展面临的机遇与挑战，提升燃煤电站调峰过程的能效、速率并降低排放是重点、难点、热点问题。针对这一关键问题，严俊杰教授研究团队进行了10 余年的持续研究，建立了燃煤发电机组全厂瞬态模型，通过研究燃煤机组变负荷瞬态过程中热工控制与热力系统的耦合匹配特性，获得了燃煤发电机组瞬态过程能耗特性，揭示了节能机理；研究了通过热力系统与热工控制耦合匹配实现机组变负荷速率提升的基础理论问题，并利用LIBS等分析技术定量分析了灵活运行对机组排放特性的影响规律。/pp style="text-align: center "img title="邵晓鹏.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/c50b36f6-5bcb-48bb-8e2d-97376cbd5fdc.jpg"//pp style="text-align: center "西安电子科技大学邵晓鹏教授/pp style="text-align: center "报告题目：计算成像技术及应用/pp　　传统光学成像技术由于受到物理上的限制，在探测距离、成像分辨率与视场等方面存在着矛盾。为了实现更高、更远、更小的要求，引出计算成像技术的概念。邵晓鹏教授通过对计算成像技术的深入分析，对其数学问题和物理机制进行了深入的探讨。并重点讨论了计算成像技术的发展，分别介绍了多孔径成像技术、散射成像技术、编码成像技术、偏振成像技术以及光声成像技术等，并针对SWaP 的要求，提出了基于全局优化全新的光学系统设计思路。最后，针对人工智能技术在光电系统中的应用，阐述了超分辨率重建技术和TLD目标跟踪技术，并对计算成像技术的发展进行了总结与展望。/pp　　与上届研讨会有所不同的是，在CSLIBS 2018的第一天进行的报告中，LIBS应用研究的内容有一定的增加。部分报告内容如下：/pp style="text-align: center "img title="陆继东.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/31830c05-8e65-4200-a9c8-6f8caba604aa.jpg"//pp style="text-align: center "华南理工大学陆继东教授/pp style="text-align: center "报告题目：能源转化过程对于光学测量的需求和LIBS 技术的可能潜力/pp　　以煤炭为首的化石能源以及生物质能的转化是一个复杂的物理化学过程，而能源清洁转化系统的安全、可靠、经济运行取决于对全流程关键参数的快速、在线检测。因此，急需发展合适的光学测量技术。报告中，陆继东教授综合分析了能源转化过程中基础研究和工业应用对光学测量的需求，结合其研究团队的多年研究进展对LIBS技术在能源转化过程中的应用、瓶颈和前景进行了深入的探讨和分析。/pp　　其后，陆继东教授团队的董美蓉、姚顺春分别做题为“激光诱导击穿光谱技术应用于单颗粒煤燃烧过程特性研究”、“直接测量颗粒流的等离子体光谱优化方法研究”的报告。报告分别介绍了在煤燃烧前、燃烧过程中、燃烧后等环节利用LIBS进行的研究工作所取得的进展。/pp style="text-align: center "img title="王金华.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/b6fdb6c4-01a5-4c6b-b556-341e1af2b539.jpg"//pp style="text-align: center "西安交通大学王金华教授/pp style="text-align: center "报告题目：高压预混湍流火焰结构和动力学实验研究/pp　　王金华在报告中介绍了利用OH-PLIF（平面激光诱导氢氧基荧光技术）火焰结构激光诊断技术开展高压预混湍流火焰结构和动力学实验研究，包括两个方面：一是在层流平面火焰和预混层流本生灯火焰上，利用OH-PLIF 获得局部拉伸火焰的反应区结构，研究火焰自身对于固有扰动、拉伸、流场扰动的响应规律和机理；二是在准各向同性预混湍流火焰本生灯上，结合高压燃烧实验平台，定量控制湍流场参数、火焰自身参数，利用OH-PLIF 获得湍流火焰瞬时火焰结构及其统计表征，研究流场、火焰自身与湍流火焰结构参数三者的作用规律和机理。/pp style="text-align: center "img title="李常茂.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/b919703d-64bd-4479-bc87-ff6ac7495ae5.jpg"//pp style="text-align: center "中国工程物理研究院材料研究所李常茂博士/pp style="text-align: center "报告题目：LIBS 在核材料分析领域应用研究进展/pp　　发展核能对优化能源结构、保障能源安全、促进污染减排和应对气候变化具有重要作用。然而核裂变材料拥有高放射性，给传统成分分析手段带来困难。而核材料分析是LIBS优势应用领域之一，可以说也是LIBS 技术发展及应用的一大机遇。在国际上，LIBS分析核材料正成为一大热点，其发表的相关论文数量快速增长，而在我们国内，相关论文几乎为“0”。/pp　　李常茂博士在报告中介绍了核燃料循环基本环节基础上，介绍了LIBS 在铀含量检测、放射性同位素分析、核污染远程分析等方面的研究现状。如，铀、钚基体光谱复杂，对LIBS光谱分辨率有极高要求；微量铀分析灵敏度低至150ppm，铀钚材料中杂质元素分析灵敏度低至100~500ppm，但均严重依赖于基体光谱复杂度；LIBS分辨同位素效果一般，目前仅能分辨具有较大同位素位移的核素，且需要特定的气氛条件；远程LIBS分析距离高达30m，核污染检测灵敏度约为10~100ug\cm2，但严重依赖于基体材料。/pp style="text-align: center "img title="poster.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/25a36426-8a03-492d-9b91-ff2febe37059.jpg"//pp style="text-align: center "Poster Session/pp　　更多会议内容请见后续报道。/pp　　a title="" style="color: rgb(255, 0, 0) text-decoration: underline " href="http://www.instrument.com.cn/news/20180326/242756.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong第六届中国LIBS研讨会闭幕 2019相约安徽/strong/span/a/pp /p

记者从北京师范大学了解到，我国科研人员依托上海高功率激光物理国家实验室“神光Ⅱ”装置，首次在实验室实现激光驱动湍流磁重联物理过程，并通过标度变换用于解释太阳耀斑爆发现象，实验证实湍流过程对耀斑快速触发以及加速高能带电粒子的重要性。相关论文于北京时间1月17日刊发在《自然物理》期刊上。太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动现象，一次典型耀斑爆发释放的能量相当于数十亿枚氢弹的爆炸。耀斑能产生多波段辐射，剧烈的耀斑会严重影响日地空间环境和人类生活。因此，认识和了解耀斑活动具有重大意义。目前的理论认为磁重联导致了耀斑触发。磁重联是等离子体中方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结的过程，重联会将磁能快速转化为等离子体热能和动能。在天体物理中，磁重联模型还被广泛应用于恒星形成、太阳风与地球磁层的耦合、吸积盘物理以及伽马暴研究。湍流磁重联是等离子磁流体中磁场能量耗散的最有效方式之一，然而其尚未在实验室得到直接证实和系统研究。论文通讯作者、北京师范大学天文系仲佳勇教授领导的实验室天体物理研究团队，长期专注于利用强激光近距离、主动可控地模拟各类天体等离子体物理过程。早在2010年，仲佳勇与合作者就成功模拟了太阳耀斑中环顶X射线源和重联喷流。仲佳勇介绍，利用高能量激光系统，科学家能在实验室中获得极端物理实验条件，模拟多种高能量密度天体物理现象。这种研究方法不仅可以用来验证天文观测理论模型，还可为发现新物理过程提供新途径。团队此次在前期工作的基础上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多点烧蚀金属靶，设计具有微扰特征且磁性相反的等离子体磁环来增大磁场相互作用区，进而实现湍流磁重联的实验构想。仲佳勇告诉科技日报记者，他们此次在实验上首次利用激光等离子体的方式驱动湍流磁重联，激光等离子体更加容易标度变换到太阳耀斑等离子体，从而可对太阳耀斑进行更加细致和系统的定量研究。该研究还发现，实验湍流磁重联中高能电子的加速主要来源于重联电场，而费米加速过程可以忽略，这对传统高能电子加速机制提出了新的认识和理解。

发动机研发中的流场微分研究视频演示的实验结果是北京欧兰科技发展有限公司代理的德国LaVision公司和奥地利AVL Tippelmann公司合作完成的(AVL Tippelmann 和 LaVision) 在一个研究型光学发动机上进行了滚流和湍流（或扭转流）现象的观测研究。透明的光学气缸安装在一个真实发动机气缸顶上。空气被抽走。测量的目标对象是气缸顶（像一个流动的盒子）安装在透明光学气缸体的顶部。其直径和发动机的缸内径相同。流动的PIV测试系统由LaVision公司提供.LaVision提供了一个附加的软件模块通过累计扭矩，刚性体的旋转等来计算滚流和湍流数.同时软件还具有生成体积流和滚流角的功能。对于滚流/湍流数计算所需要的像发动机缸径和发动机冲程等参数可以从一个遥控计算机输入，也可以手动输入。LaVision的全套系统都可以通过一个遥控计算机来完成全部的控制和分析操作。执行从启动实验记录，到速度场矢量计算直至生成滚流和湍流数。