制冷剂液膜蒸发现象广泛地存在于航空航天、制冷空调和消费电子等领域，高精度定量分析液膜厚度对于了解液膜分布情况、揭示液膜传热规律及优化相关工业过程至关重要。将R1233zd作为研究对象，提出一种基于吸收光谱技术的制冷剂液膜厚度测量新方法。首先获取了不同温度(11.8，13.5，15.2，16.5，18.0 ℃)下R1233zd的吸收光谱，构建液膜厚度反演模型，并研制膜厚测量系统。利用厚度可调(0～800 μm)的标准具对该系统的测量精度进行验证。进一步结合图像法对水平石英玻璃板上的R1233zd液膜蒸发过程进行研究，发现两种方法测得的液膜厚度随时间的变化趋势吻合良好。该系统实现了R1233zd液膜蒸发过程中膜厚的高精度测量，有望为相关工业过程的设计和优化提供数据支撑。

针对低浓度液体介质中颗粒物的数目和粒径检测问题，基于几何光学原理和Mie光散射理论分析，研究光阻法对球形颗粒的检测，采用角散射并结合图像法验证信号测量的一致性。搭建了一套能采用3种方法同步测试的实验系统，通过对实验测得的6种标准颗粒的光阻信号进行标定，对不同标准颗粒脉冲幅值进行统计平均后拟合和优化，通过拟合公式进一步测定了其他颗粒的粒径。结果表明，对于标称为15.0 μm和63.6 μm标准颗粒的数目中位径与标称值偏差均小于2%，同时对于混合颗粒也具有较好的区分能力。

针对混合颗粒的分类问题,传统算法多利用颗粒的二值化图像提取其特征,并通过精细的特征设计结合BP神经网络、支持向量机(SVM)等分类器进行分类,但颗粒粘连以及不精确的特征设计都会严重影响分类的准确率。利用卷积神经网络提取颗粒的特征,通过区域建议网络(RPN)搜索颗粒的位置,同时建立分类器,并结合全卷积网络实现像素级的颗粒分割。对由球形、长条形及非规则形颗粒组成的混合流动颗粒体系进行实验研究,结果表明:利用人工特征设计的SVM法可以达到87%的分类精确率和召回率,而基于卷积神经网络的方法则可以达到97%的分类精确率和93%的召回率,并且对于非规则颗粒的数目中位径,该方法不仅可以将分析误差降低11%以上,还避免了传统方法需要精确设计人工特征等的不足,更易形成一个端对端的混合颗粒分类体系,为流动混合颗粒的图像在线分析提供了更加有效的思路。

基于半导体激光吸收光谱(DLAS)技术,研制了双波长动态液膜厚度与温度高精度同步测量系统。利用标准具对该系统的测量精度进行验证。结果表明,该系统的液膜厚度和温度的平均测量误差分别为4.58%和1.34%。在此基础上,利用该系统对水平石英玻璃板上的液膜蒸发过程进行研究。结果表明,液膜的平均蒸发速率为0.34 μm/s,蒸发速率随液膜温度的升高而增大,且DLAS与图像法和热电偶测得的结果吻合良好。利用该系统对流道中的动态液膜进行研究,在不同液膜温度(308,315,323 K)下,液膜平均厚度基本一致且在1 s内波动11次,液膜温度几乎保持恒定。

基于激光诱导炽光(LII)法和光腔衰荡光谱(CRDS)技术,搭建了用于研究火焰碳烟颗粒的测量平台,并对其性能参数进行了表征。碳烟颗粒路径积分衰减系数测量结果表明,双色LII测试系统和CRDS系统相互独立。同时运行双色LII和CRDS系统,测量得到的路径积分衰减系数随着火焰高度的增加先增大后减小,两个系统的测量结果具有较好的相关性。通过优化拟合模型及去除系统噪音,获得了较好的光腔衰荡信号拟合结果。

针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题, 基于普朗克辐射定律, 提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法, 根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况, 通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。 为验证该方法测量准确性, 搭建了高温黑体炉辐射测量系统, 实验测量结果显示: 温度测量值与设定温度相对偏差小于3%; 辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。 以此为基础, 设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针, 并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100 nm波段辐射光谱测量, 基于上述方法, 直接获得了高温颗粒温度、 辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况, 有效剥离了高温气体对流传热的影响, 为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。

研究了基于CCD传感的激光粒度测量方法和优化。在系统设计和实验参数优化基础上,设计了CCD传感器的光环尺寸,并基于Mie散射理论,建立了理论计算模型,计算了待测颗粒的理论光能分布。对标称粒径为10.9 μm和57.9 μm的聚苯乙烯乳胶标准颗粒进行实验,获得颗粒散射光能分布图像,提出了一种新的光环中心确定方法,并由编写的图像处理程序分析散射光能分布。颗粒粒径的反演结果与标称尺寸比较表明,用此测量方法得到的颗粒散射光能分布与其理论分布较一致,稳定性与重复性较好。

针对电厂运行中汽轮机油颗粒污染变化快、油液取样要求高、在线监测难的现状,基于光阻原理,研制了电厂汽轮机油中颗粒污染度在线测量系统并对其进行了实验室标定实验。在湖南五强溪水电厂调速器润滑系统中进行了实测,实测结果与商业仪器实测结果比较可得,二者对污染等级判断一致,颗粒数最大偏差小于25%,验证了在线测量装置的准确度。因系统测量速度快,能实时获取运行中汽轮机油的颗粒度和数目时变情况,利于运行管理与控制,完全符合实际应用要求。

冻干制品灌装过程极易使西林瓶出现裂纹, 裂纹及塞子与瓶口装配不紧等都会导致空气进入西林瓶内, 使瓶内的药品变质或变性。基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术建立了西林瓶检漏测量系统, 该系统可对西林瓶的密封性实现快速无干扰检测。通过分析参考光路与探测光路中水蒸气的物质的量分数差Δx与参考光路中水蒸气的物质的量分数xr之间的关系, 得到了不同湿度环境下的检测阈值。首先对该系统的测量精度进行了验证, 结果表明测量标准误差小于0.007%；然后在xr分别为1.29%、1.33%、1.89%、2.20%时, 对10个西林瓶进行检测, 4号和8号西林瓶在不同xr下的Δx均大于对应的阈值, 判定为泄漏瓶, 与实际泄漏情况相吻合。