一種亞微米微粒超聲波增強凝并效應測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空氣污染物測試裝置和方法，具體涉及一種氣溶膠亞微米微粒超 聲波增強凝并效應的測試系統(tǒng)和分析方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國工業(yè)化和城市化進程的加快，環(huán)境污染日益嚴重，加上室內裝修和裝飾 材料的污染，空氣源已成為影響人體健康的隱形殺手。人類68%的疾病與空氣污染有關； 世界衛(wèi)生組織把室內空氣污染列為18類致癌物質之首。全球污染最嚴重的20個城市，有 16個在中國。隨著人們環(huán)境意識的增強和生活水平的提高，越發(fā)認識到清潔空氣對人身健 康的重要性。
[0003]目前在我國，氣溶膠顆粒物污染是絕大部分城市的首要污染物。顆粒物質（PM) 是由酸類、有機化學、金屬、和土壤或塵埃粒子組成的顆粒和液滴。人們根據顆粒的產生及 在人體呼吸道沉積位置將顆粒分為3類：超細微粒（顆粒直徑<=0. 1μm)，亞微米顆粒 PM1 (0. 1μm< =顆粒直徑< 1μm)，粗顆粒（顆粒直徑> =1μm)。大多燃燒源PM2. 5并非 直接生成，而是由超細微粒經過凝并以及一系列大氣化學反應轉化而成。
[0004] 亞微米顆粒物通常并非直接生成，而是由納米級和超細微粒經過凝并以及一系列 大氣化學反應轉化而成。亞微米顆粒物的擴散性能不如超細微粒，重力沉降速度又不如微 米級顆粒物。對于任何凈化除塵裝置來說，亞微米顆粒物都是除塵的難點。又由于其粒徑 覆蓋可見光波長范圍（0. 4~0. 8μm)，亞微米顆粒物能夠吸收太陽光中的可見光，是影響 大氣能見度的主要因素，高濃度的亞微米會直接導致霧霾天氣的形成。因此，研究亞微米的 凈化機理，對分析霧霾天氣的形成以及設計新型空氣凈化裝置具有重要意義。
[0005] 亞微米顆粒物由于粒徑比較超細微粒大，在空氣里的傳輸過程中，會同時發(fā)生擴 散沉積、重力沉降與凝并的現象，這里沉降與沉積的不同點僅在于沉降是在重力作用下，顆 粒物附著到物體朝上的表面或壁面，也可以籠統(tǒng)稱為沉積。亞微米顆粒物的沉積是在布朗 運動、重力、熱泳力、以及靜電力作用下撞擊到壁面的現象，很難直接測量；凝并是細微顆粒 物之間相互碰撞而團聚形成新的顆粒物的現象。從目前的研究來看，要想有效清除亞微米 顆粒物，傳統(tǒng)的除塵技術如慣性碰撞、攔截、過濾以及靜電作用效果都不大，其除塵效率在 0. 1~1μm的粒徑范圍往往呈現一個倒V型。因為，相對超細微粒的擴散沉積，亞微米顆 粒物的擴散系數偏小，相對微米級顆粒物的重力沉降速度同樣偏小?？梢钥紤]采取的一個 有效思路是通過引入超聲波對空氣的震蕩作用，增加亞微米顆粒物的碰撞，以致發(fā)生凝并 作用，其粒徑增加至微米級，常規(guī)的除塵技術就可以發(fā)揮作用。在引入超聲波改變其粒徑譜 的過程中，需要評估凝并作用的大小，主要指標就是平均粒徑大小，這是超聲波發(fā)射器的安 裝、數量的設計依據，并對設計新型空氣凈化器非常重要。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的設計一種亞微米微粒超聲波增強凝并效應測試系統(tǒng)及分析方法，具 體技術方案如下：
[0007] -種亞微米微粒超聲波增強凝并效應測試系統(tǒng)，主要包括氣溶膠發(fā)生器、Kr-85中 和器、超聲波發(fā)射器、凝并發(fā)生箱、真空栗、粒徑譜測試儀、電腦、通訊電纜、環(huán)境溫濕度及壓 力測試儀、各種連接管道及閥門。真空栗通過一個閥門連接到凝并發(fā)生箱，產生整個系統(tǒng) 的流動壓力。氣溶膠發(fā)生器產生亞微米級的氣溶膠微粒，通過管道進入Kr-85中和器進行 電荷中和化處理；處理后的氣流進入凝并發(fā)生箱，上部安裝了超聲波發(fā)射器，產生超聲波促 凝并效應。粒徑譜測試儀通過閥門切換可以測量超聲波效應前后的顆粒物粒徑分布，所測 得數據通過通訊電纜傳輸到電腦；環(huán)境溫濕度及壓力測試儀放置在箱體內檢測箱體內的溫 度、濕度及壓力。
[0008] 本發(fā)明通過氣溶膠發(fā)生器生成多分散的氣溶膠微粒，氣溶膠微粒生成數量的多少 可由氣溶膠發(fā)生器控制。
[0009] 所述的氣溶膠發(fā)生器產生的微粒數濃度范圍在0~10s個/cm3，
[0010] 所述的粒徑譜測試儀測量的細微顆粒物濃度范圍在〇~10s個/cm3,測量的顆粒 物粒徑范圍在5nm~1μπι，粒徑譜分段數在32個以上。
[0011] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的：1)凝并發(fā)生箱體潔凈：關閉氣溶膠發(fā) 生器及通道閥門，打開ΗΕΡΑ閥門，啟動真空栗，并啟動粒徑譜測試儀監(jiān)測凝并箱體內顆粒 物數濃度的同時，從外部進入的空氣經過ΗΕΡΑ凈化后進入箱體內，當粒徑譜測試儀監(jiān)測到 箱體內數濃度接近于零的時候，可以認為密閉箱體已經被凈空，這時關閉真空栗以及連接 閥門，關閉ΗΕΡΑ通道閥門，關閉粒徑譜測試儀。
[0012] 2)無超聲波效應凝并效率測試：啟動氣溶膠發(fā)生器，打開閥門，同時啟動粒徑譜 測試儀，當發(fā)現凝并發(fā)生箱上部細微粒數濃度值達到1〇 6個/cm3級別時，開始記錄數據，每 間隔5秒切換監(jiān)測凝并發(fā)生箱上下部位，持續(xù)3分鐘左右，確定GMD(幾何平均直徑），按照 下面公式計算平均凝并率k。。
[0013] 上面公式中，第一行是超細微粒同時發(fā)生通風和凝并的微分方程，是一個典型的 Bernouli方程，第二行的為求解結果。其中，N為超細微粒總數濃度，單位個/cm3;k為平均 凝并系數，無量綱。
[0014] 重復步驟1，潔凈凝并箱體發(fā)生器
[0015] 超聲波促進凝并效率測試：啟動氣溶膠發(fā)生器，打開閥門，同時啟動粒徑譜測試 儀，當發(fā)現凝并發(fā)生箱上部細微粒數濃度值達到106個/cm3級別時，啟動超聲波發(fā)射器，開 始記錄數據，每間隔5秒切換監(jiān)測凝并發(fā)生箱上下部位，持續(xù)3分鐘左右，確定GMD(幾何平 均直徑），同樣按照下面公式計算平均凝并率k。。
[0016] 讓氣溶膠發(fā)生器產生不同濃度和不同分布的氣溶膠，或者改變超聲波發(fā)射器參 數，比如安裝個數和位置，超聲波發(fā)射功率，發(fā)射頻率等，可以測試得到各種情況的凝并效 率。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種亞微米微粒超聲波促凝并效應的測試裝 置和計算方法，由伯努利公式計算出有、無超聲波效應的平均凝并系數，并通過測試儀器得 到經過超聲波效應后GMD的變化。本發(fā)明的所提供的測試系統(tǒng)和方法可用于設計超聲波除 塵設計以及新型空氣凈化器潔凈效率分析。
【附圖說明】
[0018] 圖1是測試系統(tǒng)結構示意圖。
[0019] 圖中1氣溶膠發(fā)生器、2閥門a、3K-85中性器、4閥門b、5超聲波發(fā)射器、6凝并發(fā) 生箱、7閥門c、8HEPA過濾器、9三通閥門、10粒粒徑譜測試儀、11電腦、12真空栗、13閥門 d、14環(huán)境溫濕度及壓力測試儀。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖，用實施例來進一步說明本發(fā)明。但這個實施例僅是說明性的，本發(fā) 明的保護范圍并不受這個實施例的限制。
[0021] 如圖1所示，一種亞微米微粒超聲波增強凝并效應測試系統(tǒng)