專利名稱：氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及了一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，特別是涉及了一種用于模擬環(huán)
境中機(jī)載條件下焰條燃燒及其他氣溶膠發(fā)生裝置的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣溶膠是空氣中懸浮的固態(tài)或液態(tài)顆粒的總稱，能長(zhǎng)時(shí)間懸浮于氣相介質(zhì)中的液 體或固體離子的集合。隨著工業(yè)的發(fā)展在許多工序中都會(huì)有意無意的有產(chǎn)生氣溶膠的階 段，例如給料在通過火焰、激光或燃爐的時(shí)候就可能為氣溶膠的生成提供合適的粒子。無論 是在研究氣溶膠對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還是在控制生產(chǎn)過程產(chǎn)生合乎要求的氣溶膠體系 都需要人們借助很多工具來理解和測(cè)量氣溶膠，然而有些情況以現(xiàn)有的測(cè)量方式無法直接 檢測(cè)生成的氣溶膠，這就需要模擬這些特殊條件下的氣溶膠生成過程采用一定的中間技術(shù) 手段使其可以用常規(guī)儀器測(cè)定，如飛行測(cè)量焰條燃燒的核粒子尺度譜相當(dāng)困難，常規(guī)手段 無法測(cè)量。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的催化劑采樣方法是將藥樣在燃燒室燃燒，靜態(tài)采樣，這樣測(cè)出的結(jié)果 與實(shí)際動(dòng)態(tài)的檢測(cè)結(jié)果有一些出入，不精確。 氣溶膠檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)是等速采樣。美國(guó)NCAR的檢測(cè)風(fēng)洞是在動(dòng)態(tài)下的檢測(cè)，其 代表了當(dāng)前的世界水平。該檢測(cè)風(fēng)洞燃燒段直徑25. 4厘米，長(zhǎng)1. 5米，設(shè)計(jì)風(fēng)速為40米/ 秒，焰條全尺寸正壓、等速取樣，但是采用正壓檢測(cè)，采樣嘴對(duì)著氣溶膠氣流采樣時(shí)，由于氣 溶膠顆粒慣性的作用，流入采樣嘴的氣溶膠流速大于風(fēng)洞中流速時(shí)，會(huì)使結(jié)果偏低，反之則 偏高。因此采用正壓檢測(cè)結(jié)果仍然不精確。 因此需要設(shè)計(jì)一種風(fēng)洞系統(tǒng)來模擬測(cè)量動(dòng)態(tài)條件下的氣溶膠，例如模擬焰條在機(jī) 載條件下的燃燒環(huán)境，并精準(zhǔn)測(cè)量焰條燃燒的核粒子尺度譜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其可以模擬在機(jī)載等 動(dòng)態(tài)條件下，檢測(cè)出不同風(fēng)速時(shí)焰條燃燒及其他氣溶膠發(fā)生裝置產(chǎn)生的核粒子尺度譜。 為了完成本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系 統(tǒng)包括若干個(gè)空氣過濾器、空氣腔、鼓引風(fēng)機(jī)、燃燒段、催化劑裝置、擴(kuò)散段、至少一級(jí)恒稀 釋式稀釋器、風(fēng)機(jī)、FSSP、 PCASP、顆粒譜儀和數(shù)據(jù)采集單片機(jī)，3-6個(gè)空氣過濾器與空氣腔 的進(jìn)氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)的一端與空氣腔的出氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)的另一端依次與燃燒段 和擴(kuò)散段相連，在燃燒段中裝有催化劑裝置，恒稀釋式稀釋器的進(jìn)氣口與擴(kuò)散段或上一級(jí) 恒稀釋式稀釋器的出氣口相連，恒稀釋式稀釋器的出氣口與下一級(jí)恒稀釋式稀釋器或者與 FSSP、PCASP和顆粒譜儀的之一或任意組合相連，其中它還包括裝在PCASP與末級(jí)恒稀釋
式稀釋器的出氣口之間的射流式稀釋器，射流式稀釋器的前端開有的樣品氣進(jìn)氣口 ，射流 式稀釋器的前段側(cè)面開有1組以上對(duì)稱的壓縮空氣進(jìn)口，射流式稀釋器的后端有采樣口， 采樣口附近的射流式稀釋器側(cè)面開有出氣口 ，樣品氣進(jìn)氣口裝有射流進(jìn)氣管，壓縮空氣進(jìn) 口依次與氣體質(zhì)量流量控制箱、氣水分離器、穩(wěn)壓閥、空氣壓縮機(jī)和空氣過濾器相連，在壓縮空氣進(jìn)口后端的射流式稀釋器上裝有射流環(huán)，射流環(huán)使由壓縮空氣進(jìn)口進(jìn)入的高速空氣
產(chǎn)生負(fù)壓使樣品氣由進(jìn)氣口被吸入到射流式稀釋器的腔體并充分混合，射流式稀釋器的采
樣口裝有PCASP采樣頭，PCASP采樣頭伸到射流式稀釋器內(nèi)的出氣口之前； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器的前端
開有樣品氣進(jìn)氣口 ，采樣管裝在前級(jí)進(jìn)氣口上并且伸入到擴(kuò)散段或上一級(jí)的恒稀釋式稀釋
器中，恒稀釋式稀釋器前段側(cè)面開有過濾空氣入口 ，該空氣入口與一個(gè)空氣過濾器相連，恒
稀釋式稀釋器的后端開有出氣口 ，該出氣口上裝有擴(kuò)展式采樣接口 ； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述的擴(kuò)展式采樣接口的中 央開有一個(gè)主采樣孔，擴(kuò)展式采樣接口的圓面上開有4-8個(gè)擴(kuò)展采樣孔，主采樣孔與下一 級(jí)恒稀釋式稀釋器的采樣管或通向FSSP的采樣管相連，擴(kuò)展采樣孔與風(fēng)機(jī)和PCASP和/或 顆粒譜儀相連； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器為一級(jí)、 二級(jí)或三級(jí)稀釋器； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器為二級(jí) 恒稀釋式稀釋器，第一級(jí)恒稀釋式稀釋器的進(jìn)氣口與擴(kuò)散段的出氣口相連，第一級(jí)恒稀釋 式稀釋器的出氣口與第二級(jí)恒稀釋式稀釋器的進(jìn)氣口和顆粒譜儀相連，第二級(jí)恒稀釋式稀 釋器的出氣口與FSSP、 PCASP和顆粒譜儀相連； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述顆粒譜儀為發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣 排放顆粒物粒徑譜儀、空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀或云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器； 本實(shí)用新型的一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述燃燒段和擴(kuò)散段分別裝
有皮托管和溫濕度傳感器，皮托管和溫濕度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集單片機(jī)相連。 采用上述方案后，本實(shí)用新型氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)使得純凈的氣流均勻平行
穩(wěn)定、便于進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)；風(fēng)速的可以無級(jí)調(diào)速，風(fēng)速均勻性和重復(fù)性好，最大風(fēng)速可
達(dá)120米每秒，可模擬大多數(shù)人影作業(yè)飛機(jī)的飛行速度，實(shí)用范圍更廣；采用了負(fù)壓、同軸
等速等氣溶膠取樣技術(shù)，最大限度減少了取樣過程中氣流對(duì)氣溶膠粒度分布的影響，不改
變漂浮顆粒的原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提高采樣的可信度和精度。

圖1是本實(shí)用新型的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是在圖1中射流式稀釋器的示意圖； 圖3是在圖1中孔板的正向示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)用新型的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)包括一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞 檢測(cè)系統(tǒng)，它包括若干個(gè)空氣過濾器1、空氣腔2、鼓引風(fēng)機(jī)3、燃燒段4、催化劑裝置5、擴(kuò) 散段6、二級(jí)恒稀釋式稀釋器8， 18、風(fēng)機(jī)19、顆粒譜儀10、FSSP17和PCASP15， 3_6個(gè)空氣過 濾器1與空氣腔2的進(jìn)氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)3的一端與空氣腔2的出氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)3 的另一端依次與燃燒段4和擴(kuò)散段6相連，在燃燒段4中裝有催化劑裝置5，燃燒段4和擴(kuò) 散段6分別裝有皮托管20和溫濕度傳感器31，皮托管20和溫濕度傳感器31分別與數(shù)據(jù)采集單片機(jī)33相連。第一級(jí)恒稀釋式稀釋器8的進(jìn)氣口與擴(kuò)散段6的出氣口相連，第一級(jí)恒 稀釋式稀釋器18的出氣口與第二級(jí)恒稀釋式稀釋器18的進(jìn)氣口和顆粒譜儀IO相連，第二 級(jí)恒稀釋式稀釋器18的出氣口與FSSP17、顆粒譜儀10和PCASP15相連。 如圖2所示，本實(shí)用新型還包括裝在PCASP15與第二級(jí)稀釋器18的出氣口之間 的射流式稀釋器16，射流式稀釋器16的前端開有的樣品氣進(jìn)氣口 21，射流式稀釋器16前 段側(cè)面開有1組以上對(duì)稱的壓縮空氣進(jìn)口 22，射流式稀釋器16的后端開有采樣口 25，采樣 口 25附近的射流式稀釋器16側(cè)面開有出氣口 24，樣品氣進(jìn)氣口 21裝有射流進(jìn)氣管29，壓 縮空氣進(jìn)口 22依次與氣體質(zhì)量流量控制箱12、氣水分離器11、穩(wěn)壓閥13、空氣壓縮機(jī)14和 空氣過濾器1相連，在壓縮空氣進(jìn)口 22后端的射流式稀釋器16上裝有射流環(huán)23，射流環(huán) 23使由壓縮空氣進(jìn)口 22進(jìn)入的高速空氣產(chǎn)生負(fù)壓使樣品氣由進(jìn)氣口 21被吸入到射流式稀 釋器的腔體并充分混合，射流式稀釋器16的采樣口 25裝有PCASP采樣頭30， PCASP采樣頭 30伸到射流式稀釋器16內(nèi)的出氣口 24之前。 如圖1和圖3所示，恒稀釋式稀釋器8， 18的前端開有進(jìn)氣口 ，采樣管7裝在進(jìn)氣 口上并且伸入到空氣擴(kuò)散裝置6或上一級(jí)的恒稀釋式稀釋器8， 18中，恒稀釋式稀釋器8， 18 的前段側(cè)面開有過濾空氣入口 28，該空氣入口 28與一個(gè)空氣過濾器1相連，恒稀釋式稀釋 器8，18的后端開有出氣口，出氣口上裝有擴(kuò)展式采樣接口 9。擴(kuò)展式采樣接口 9的中央開 有一個(gè)主采樣孔26，擴(kuò)展式采樣接口 9的圓周上開有4-8個(gè)擴(kuò)展采樣孔27，主采樣孔26與 下一級(jí)恒稀釋式稀釋器18的采樣管7或通向FSSP17的采樣管7相連，擴(kuò)展采樣孔27與風(fēng) 機(jī)19和顆粒譜儀10和/或PCASP15相連。顆粒譜儀10為量程為5. 6 560nm的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放顆粒物粒徑譜儀(EEPS)、量 程為0. 47-20 ym空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀(APS)或云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器(CCN)等。 本實(shí)施例僅以二個(gè)恒稀釋式稀釋器為例，對(duì)本實(shí)用新型的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系 統(tǒng)進(jìn)行說明，實(shí)際上，本實(shí)用新型的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)還可以有1或3個(gè)稀釋器。 工作過程 本實(shí)用新型的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，各空氣過濾器1將吸入的空氣過 濾凈化后得到的潔凈空氣經(jīng)鼓引風(fēng)機(jī)3吸入燃燒段4，將燃燒段4內(nèi)的催化劑裝置5中焰條 點(diǎn)燃，產(chǎn)生的氣溶膠粒由燃燒段4吹到擴(kuò)散段6，由于燃燒段4內(nèi)壁光滑且為圓柱形，這樣保 證整個(gè)風(fēng)洞中氣流平穩(wěn)的中心點(diǎn)保持不變。在燃燒段4和擴(kuò)散段6上分別用皮托管20測(cè)量 氣流全差，經(jīng)溫度、濕度和馬赫數(shù)訂正后得到真實(shí)速度。在擴(kuò)散段6尾部連接的第一級(jí)恒稀 釋式稀釋器8，在第一級(jí)恒稀釋式稀釋器8后連接第二級(jí)恒稀釋式稀釋器18，用FSSP17對(duì) 第二級(jí)恒稀釋式稀釋器18的出口進(jìn)行采樣，在PCASP15的前端加入射流式稀釋器16，使氣 溶膠粒子測(cè)量直徑范圍為0. 5 47微米，常用0. 5 8. 0微米，15個(gè)直徑間隔。通過這些 結(jié)果準(zhǔn)確檢測(cè)出氣溶膠的動(dòng)態(tài)風(fēng)洞的工作狀態(tài)，以便作為實(shí)際氣溶膠粒生成演示的參考， 供實(shí)際工作作業(yè)使用，本實(shí)用新型燃燒段的最大風(fēng)速達(dá)120米/秒，可模擬大多數(shù)人工影響 天氣作業(yè)飛機(jī)的飛行速度?？梢阅M在機(jī)載條件下不同風(fēng)速，精準(zhǔn)測(cè)出催化劑裝置5中的 焰條燃燒的核粒子尺度譜，且其風(fēng)速可調(diào)適用范圍廣泛、便于操作。 以上描述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋，不是對(duì)實(shí)用新型的限定，本實(shí)用新型所限定的 范圍參見權(quán)利要求，在不違背本實(shí)用新型的精神的情況下，本實(shí)用新型可以作任何形式的 修改。
權(quán)利要求一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，它包括若干個(gè)空氣過濾器(1)、空氣腔(2)、鼓引風(fēng)機(jī)(3)、燃燒段(4)、催化劑裝置(5)、擴(kuò)散段(6)、至少一級(jí)恒稀釋式稀釋器(8，18)、風(fēng)機(jī)(19)、FSSP(17)、PCASP(15)和顆粒譜儀(10)，3-6個(gè)空氣過濾器(1)與空氣腔(2)的進(jìn)氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)(3)的一端與空氣腔(2)的出氣口相連，鼓引風(fēng)機(jī)(3)的另一端依次與燃燒段(4)和擴(kuò)散段(6)相連，在燃燒段(4)中裝有催化劑裝置(5)，恒稀釋式稀釋器(8，18)的進(jìn)氣口與擴(kuò)散段(6)或上一級(jí)恒稀釋式稀釋器(8)的出氣口相連，恒稀釋式稀釋器(8，18)的出氣口與下一級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)或者與FSSP(17)、PCASP(15)和顆粒譜儀(10)的之一或任意組合相連，其特征在于它還包括裝在PCASP(15)與末級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)的出氣口之間的射流式稀釋器(16)，射流式稀釋器(16)的前端開有的樣品氣進(jìn)氣口(21)，射流式稀釋器(16)的前段側(cè)面開有1組以上對(duì)稱的壓縮空氣進(jìn)口(22)，射流式稀釋器(16)的后端開有采樣口(25)，采樣口(25)附近的射流式稀釋器(16)側(cè)面開有出氣口(24)，樣品氣進(jìn)氣口(21)裝有射流進(jìn)氣管(29)，壓縮空氣進(jìn)口(22)依次與氣體質(zhì)量流量控制箱(12)、氣水分離器(11)穩(wěn)壓閥(13)、空氣壓縮機(jī)(14)和空氣過濾器(1)相連，在壓縮空氣進(jìn)口(22)后端的射流式稀釋器(16)上裝有射流環(huán)(23)，射流環(huán)(23)使由壓縮空氣進(jìn)口(22)進(jìn)入的高速空氣產(chǎn)生負(fù)壓使樣品氣由進(jìn)氣口(21)被吸入到射流式稀釋器的腔體并充分混合，射流式稀釋器(16)的采樣口(25)裝有PCASP采樣頭(30)，PCASP采樣頭(30)伸到射流式稀釋器(16)內(nèi)的出氣口(24)之前。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器(8， 18)的前端有樣品氣進(jìn)口，采樣管(7)裝在樣品進(jìn)氣口上并且伸入到擴(kuò)散段(6)或上一級(jí)的恒稀釋式稀釋器(8， 18)中，恒稀釋式稀釋器(8， 18)的前段側(cè)面開有一對(duì)以上的過濾空氣入口 (28)，該空氣入口 (28)與一個(gè)空氣過濾器(1)相連，恒稀釋式稀釋器(8， 18)的后端開有出氣口，出氣口上裝有擴(kuò)展式采樣接口 (9)。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的擴(kuò)展式采樣接口 (9)的中央開有一個(gè)主采樣孔(26)，擴(kuò)展式采樣接口 (9)的圓面上開有4-8個(gè)擴(kuò)展采樣孔(27)，主采樣孔(26)與下一級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)的采樣管(7)或通向FSSP(17)的采樣管(7)相連，擴(kuò)展采樣孔(27)與風(fēng)機(jī)(19)和PCASP(15)和/或顆粒譜儀(10)相連。
4. 如權(quán)利要求3所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器(8， 18)為一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)稀釋器。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器(8， 18)為二級(jí)恒稀釋式稀釋器(8，18)，第一級(jí)恒稀釋式稀釋器(8)的進(jìn)氣口與擴(kuò)散段(6)的出氣口相連，第一級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)的出氣口與第二級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)的進(jìn)氣口和顆粒譜儀(10)相連，第二級(jí)恒稀釋式稀釋器(18)的出氣口與FSSP(17)、顆粒譜儀(10)和PCASP(15)相連。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述顆粒譜儀(10)為發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放顆粒物粒徑譜儀、空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀或云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器。
7. 如權(quán)利要求6所述的氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒段(4)和擴(kuò)散段(6)分別裝有皮托管(20)和溫濕度傳感器(31)，皮托管(20)和溫濕度傳感器(31)分別與數(shù)據(jù)采集單片機(jī)(33)相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氣溶膠動(dòng)態(tài)風(fēng)洞檢測(cè)系統(tǒng)，包括若干個(gè)空氣過濾器、空氣腔、鼓引風(fēng)機(jī)、燃燒段、催化劑裝置、擴(kuò)散段、至少一級(jí)恒稀釋式稀釋器、引風(fēng)機(jī)、FSSP、PCASP、數(shù)據(jù)采集單片機(jī)、擴(kuò)展式采樣接口與末級(jí)恒稀釋式稀釋器的出氣口之間的射流式稀釋器，射流式稀釋器的前端開有的樣品氣進(jìn)氣口，射流式稀釋器前端側(cè)面開有1組以上對(duì)稱的壓縮空氣進(jìn)口，射流式稀釋器的后端開有采樣口，射流式稀釋器后端側(cè)面開有出氣口，本實(shí)用新型可以模擬機(jī)載等動(dòng)態(tài)條件下，檢測(cè)出不同風(fēng)速時(shí)焰條燃燒及其他氣溶膠發(fā)生裝置產(chǎn)生的核粒子尺度譜。
文檔編號(hào)G01N15/00GK201540239SQ200920218050
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉紅杰, 徐鳴之, 楊文 , 楊連英, 武玉忠, 王建平, 王晨, 陳躍 申請(qǐng)人:中國(guó)氣象科學(xué)研究院;劉紅杰;楊文