混合顆粒系蒙特卡羅消光模型及反演方法

黃 茜, 蘇格毅, 孫存金, 鄧 飛, 陳 軍, 楊薈楠, 蘇明旭

上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院, 上海 200093

引 言

消光光譜法[1]原理簡單、 測試快捷、 結(jié)果準(zhǔn)確, 廣泛應(yīng)用于懸浮粉塵[2]、 火焰煙塵[3]、 濕蒸汽[4]、 乳劑[5]中顆粒粒徑和濃度分析。 近年來, 很多學(xué)者對消光法顆粒測量進(jìn)行深入研究, Zhang等[6]研究顆粒物的折射率與波長關(guān)系及對消光法的影響, 指出折射率的變化可導(dǎo)致消光法粒徑測量偏差, 處理消光譜數(shù)據(jù)時, 應(yīng)考慮顆粒的色散特性; Tuersun等[7]關(guān)注到金納米球溶液中消光光譜對粒徑的敏感性, 研究了共振粒子的消光光譜法測量多分散金納米球的粒徑分布和濃度問題; Krogs?e等[8]根據(jù)消光光學(xué)微粒計數(shù)器輸出信號, 測得油液中顆粒污染物的真實粒度。 以上研究成功應(yīng)用至單一類型顆粒系的測量, 不過在現(xiàn)實中諸多被測對象包含了兩種甚至多種顆粒物, 稱為混合顆粒體系, 此時既有的Mie散射理論和Lambert-Beer定律構(gòu)建的消光模型將不再適用。

蒙特卡羅方法(Monte Carlo method, MCM)是一種概率統(tǒng)計方法, 已成功應(yīng)用于顆粒系中光復(fù)散射(多次散射)和顆粒兩相及多相流研究。 Dap等[9]發(fā)展了基于蒙特卡羅原理的消光光譜法顆粒粒徑和濃度的反演程序, 并通過可見光和紅外光譜實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證; Lebovka等[10]建立了蒙特卡羅數(shù)值模型, 模擬光束在圓柱體顆粒懸浮液中的傳遞過程, 研究顆粒等效截面及與Lambert-Beer定律的偏差, 探究碳納米管的光學(xué)性質(zhì); 肖新宇等[11]運用蒙特卡羅方法研究了消光法顆粒粒徑測量中發(fā)散光束的影響, 并實現(xiàn)了粒徑反演修正。……