專利名稱：氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，特別是涉及了一種用于模擬環(huán)境中 機載條件下焰條燃燒及其他氣溶膠發(fā)生裝置的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(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，能長時間懸浮于氣相介質(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 是在研究氣溶膠對人體健康的風(fēng)險評估還是在控制生產(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量氣溶膠，然而有些情況以現(xiàn)有的測量方式無法直接 檢測生成的氣溶膠，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)儀器測定，如飛行測量焰條燃燒的核粒子尺度譜相當(dāng)困難，常規(guī)手段 無法測量。國內(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，這樣測出的結(jié)果 與實際動態(tài)的檢測結(jié)果有一些出入，不精確。氣溶膠檢測的關(guān)鍵技術(shù)是等速采樣。美國NCAR的檢測風(fēng)洞是在動態(tài)下的檢測，其 代表了當(dāng)前的世界水平。該檢測風(fēng)洞燃燒段直徑25. 4厘米，長1. 5米，設(shè)計風(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，采樣嘴對著氣溶膠氣流采樣時，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，會使結(jié)果偏低，反之則 偏高。因此采用正壓檢測結(jié)果仍然不精確。因此需要設(shè)計一種風(fēng)洞系統(tǒng)來模擬測量動態(tài)條件下的氣溶膠，例如模擬焰條在機 載條件下的燃燒環(huán)境，并精準(zhǔn)測量焰條燃燒的核粒子尺度譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其可以模擬在機載等動態(tài) 條件下，檢測出不同風(fēng)速時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。為了完成本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)包括若干 個空氣過濾器、空氣腔、鼓引風(fēng)機、燃燒段、催化劑裝置、擴散段、至少一級恒稀釋式稀釋器、 風(fēng)機、FSSP、PCASP、顆粒譜儀和數(shù)據(jù)采集單片機，3-6個空氣過濾器與空氣腔的進氣口相連， 鼓引風(fēng)機的一端與空氣腔的出氣口相連，鼓引風(fēng)機的另一端依次與燃燒段和擴散段相連， 在燃燒段中裝有催化劑裝置，恒稀釋式稀釋器的進氣口與擴散段或上一級恒稀釋式稀釋器 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氣口，射流式稀釋器的 前段側(cè)面開有1組以上對稱的壓縮空氣進口，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，樣品氣進氣口裝有射流進氣管，壓縮空氣進口依次與氣 體質(zhì)量流量控制箱、氣水分離器、穩(wěn)壓閥、空氣壓縮機和空氣過濾器相連，在壓縮空氣進口后端的射流式稀釋器上裝有射流環(huán)，射流環(huán)使由壓縮空氣進口進入的高速空氣產(chǎn)生負(fù)壓使 樣品氣由進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；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器的前端開有 樣品氣進氣口，采樣管裝在前級進氣口上并且伸入到擴散段或上一級的恒稀釋式稀釋器 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，該出氣口上裝有擴展式采樣接口 ；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述的擴展式采樣接口的中央開 有一個主采樣孔，擴展式采樣接口的圓面上開有4-8個擴展采樣孔，主采樣孔與下一級恒 稀釋式稀釋器的采樣管或通向FSSP的采樣管相連，擴展采樣孔與風(fēng)機和PCASP和/或顆粒 譜儀相連；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器為一級、二級 或三級稀釋器；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述恒稀釋式稀釋器為二級恒稀 釋式稀釋器，第一級恒稀釋式稀釋器的進氣口與擴散段的出氣口相連，第一級恒稀釋式稀 釋器的出氣口與第二級恒稀釋式稀釋器的進氣口和顆粒譜儀相連，第二級恒稀釋式稀釋器 的出氣口與FSSP、PCASP和顆粒譜儀相連；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述顆粒譜儀為發(fā)動機廢氣排放 顆粒物粒徑譜儀、空氣動力學(xué)粒徑譜儀或云凝結(jié)核計數(shù)器；本發(fā)明的一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其中所述燃燒段和擴散段分別裝有皮 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)采集單片機相連。采用上述方案后，本發(fā)明氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)使得純凈的氣流均勻平行穩(wěn) 定、便于進行動態(tài)顯示實驗；風(fēng)速的可以無級調(diào)速，風(fēng)速均勻性和重復(fù)性好，最大風(fēng)速可達 120米每秒，可模擬大多數(shù)人影作業(yè)飛機的飛行速度，實用范圍更廣；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氣溶膠粒度分布的影響，不改變 漂浮顆粒的原有運動狀態(tài)，提高采樣的可信度和精度。


圖1是本發(fā)明的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(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。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)包括一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測 系統(tǒng)，它包括若干個空氣過濾器1、空氣腔2、鼓引風(fēng)機3、燃燒段4、催化劑裝置5、擴散段 6、二級恒稀釋式稀釋器8，18、風(fēng)機19、顆粒譜儀10、FSSP17和PCASP15，3_6個空氣過濾器 1與空氣腔2的進氣口相連，鼓引風(fēng)機3的一端與空氣腔2的出氣口相連，鼓引風(fēng)機3的另 一端依次與燃燒段4和擴散段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33相連。第一級恒稀釋式稀釋器8的進氣口與擴散段6的出氣口相連，第一級恒稀釋 式稀釋器18的出氣口與第二級恒稀釋式稀釋器18的進氣口和顆粒譜儀10相連，第二級恒 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，本發(fā)明還包括裝在PCASP15與第二級稀釋器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氣口 21，射流式稀釋器16前段側(cè) 面開有1組以上對稱的壓縮空氣進口 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，樣品氣進氣口 21裝有射流進氣管四，壓縮空 氣進口 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14和空氣 過濾器1相連，在壓縮空氣進口 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 由壓縮空氣進口 22進入的高速空氣產(chǎn)生負(fù)壓使樣品氣由進氣口 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 M之前。如圖1和圖3所示，恒稀釋式稀釋器8，18的前端開有進氣口，采樣管7裝在進氣 口上并且伸入到空氣擴散裝置6或上一級的恒稀釋式稀釋器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，該空氣入口觀與一個空氣過濾器1相連，恒稀釋式稀釋 器8，18的后端開有出氣口，出氣口上裝有擴展式采樣接口 9。擴展式采樣接口 9的中央開 有一個主采樣孔沈，擴展式采樣接口 9的圓周上開有4-8個擴展采樣孔27，主采樣孔沈與 下一級恒稀釋式稀釋器18的采樣管7或通向FSSP17的采樣管7相連，擴展采樣孔27與風(fēng) 機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)動機廢氣排放顆粒物粒徑譜儀(EEPS)、量 程為0.47-20 μ m空氣動力學(xué)粒徑譜儀(APQ或云凝結(jié)核計數(shù)器(CCN)等。本實施例僅以二個恒稀釋式稀釋器為例，對本發(fā)明的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)進 行說明，實際上，本發(fā)明的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)還可以有1或3個稀釋器。工作過程本發(fā)明的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)工作時，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 燃，產(chǎn)生的氣溶膠粒由燃燒段4吹到擴散段6，由于燃燒段4內(nèi)壁光滑且為圓柱形，這樣保證 整個風(fēng)洞中氣流平穩(wěn)的中心點保持不變。在燃燒段4和擴散段6上分別用皮托管20測量 氣流全差，經(jīng)溫度、濕度和馬赫數(shù)訂正后得到真實速度。在擴散段6尾部連接的第一級恒稀 釋式稀釋器8，在第一級恒稀釋式稀釋器8后連接第二級恒稀釋式稀釋器18，用FSSP17對 第二級恒稀釋式稀釋器18的出口進行采樣，在PCASP15的前端加入射流式稀釋器16，使氣 溶膠粒子測量直徑范圍為0. 5 47微米，常用0. 5 8. 0微米，15個直徑間隔。通過這些 結(jié)果準(zhǔn)確檢測出氣溶膠的動態(tài)風(fēng)洞的工作狀態(tài)，以便作為實際氣溶膠粒生成演示的參考， 供實際工作作業(yè)使用，本發(fā)明燃燒段的最大風(fēng)速達120米/秒，可模擬大多數(shù)人工影響天氣 作業(yè)飛機的飛行速度?？梢阅M在機載條件下不同風(fēng)速，精準(zhǔn)測出催化劑裝置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。以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利 要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，它包括若干個空氣過濾器(1)、空氣腔O)、鼓引 風(fēng)機(3)、燃燒段G)、催化劑裝置(5)、擴散段(6)、至少一級恒稀釋式稀釋器(8，18)、風(fēng)機 (19)、FSSP (17)、PCASP (15)和顆粒譜儀(10)，3-6個空氣過濾器(1)與空氣腔(2)的進氣 口相連，鼓引風(fēng)機(3)的一端與空氣腔O)的出氣口相連，鼓引風(fēng)機(3)的另一端依次與 燃燒段(4)和擴散段(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)的進氣口與擴散段(6)或上一級恒稀釋式稀釋器(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 (1 與末級恒稀釋式稀釋 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氣 口(21)，射流式稀釋器(16)的前段側(cè)面開有1組以上對稱的壓縮空氣進口(22)，射流式稀 釋器(16)的后端開有采樣口(25)，采樣口 0 附近的射流式稀釋器(16)側(cè)面開有出氣 口 04)，樣品氣進氣口 裝有射流進氣管( ),壓縮空氣進口 0 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(14)和空氣過濾器(1)相連，在 壓縮空氣進口 0 后端的射流式稀釋器(16)上裝有射流環(huán)(23)，射流環(huán)使由壓縮 空氣進口 02)進入的高速空氣產(chǎn)生負(fù)壓使樣品氣由進氣口 被吸入到射流式稀釋器的 腔體并充分混合，射流式稀釋器(16)的采樣口 0 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所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器 (8，18)的前端有樣品氣進口，采樣管(7)裝在樣品進氣口上并且伸入到擴散段(6)或上一 級的恒稀釋式稀釋器(8，18)中，恒稀釋式稀釋器(8，18)的前段側(cè)面開有一對以上的過濾 空氣入口( )，該空氣入口 08)與一個空氣過濾器(1)相連，恒稀釋式稀釋器(8，18)的后 端開有出氣口，出氣口上裝有擴展式采樣接口(9)。
3.如權(quán)利要求2所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的擴展式采樣接 口(9)的中央開有一個主采樣孔( )，擴展式采樣接口(9)的圓面上開有4-8個擴展采樣 孔(27)，主采樣孔06)與下一級恒稀釋式稀釋器(18)的采樣管(7)或通向FSSP(17)的采 樣管(7)相連，擴展采樣孔(27)與風(fēng)機(19) ^P PCASP(15)和/或顆粒譜儀(10)相連。
4.如權(quán)利要求3所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器 (8，18)為一級、二級或三級稀釋器。
5.如權(quán)利要求4所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述恒稀釋式稀釋器 (8，18)為二級恒稀釋式稀釋器(8，18)，第一級恒稀釋式稀釋器(8)的進氣口與擴散段(6) 的出氣口相連，第一級恒稀釋式稀釋器(18)的出氣口與第二級恒稀釋式稀釋器(18)的進 氣口和顆粒譜儀(10)相連，第二級恒稀釋式稀釋器(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所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述顆粒譜儀(10)為 發(fā)動機廢氣排放顆粒物粒徑譜儀、空氣動力學(xué)粒徑譜儀或云凝結(jié)核計數(shù)器。
7.如權(quán)利要求6所述的氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒段(4)和擴 散段(6)分別裝有皮托管OO)和溫濕度傳感器(31)，皮托管OO)和溫濕度傳感器(31)分 別與數(shù)據(jù)采集單片機(33)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及了氣溶膠動態(tài)風(fēng)洞檢測系統(tǒng)，包括若干個空氣過濾器、空氣腔、鼓引風(fēng)機、燃燒段、催化劑裝置、擴散段、至少一級恒稀釋式稀釋器、引風(fēng)機、FSSP、PCASP、數(shù)據(jù)采集單片機、擴展式采樣接口與末級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氣口，射流式稀釋器前端側(cè)面開有1組以上對稱的壓縮空氣進口，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，本發(fā)明可以模擬機載等動態(tài)條件下，檢測出不同風(fēng)速時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G01N15/00GK102053048SQ20091018015
公開日2011年5月11日 申請日期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 申請人:中國氣象科學(xué)研究院, 劉紅杰, 楊文