专利名称：一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统的制作方法
技术领域：
本发明属于多相流技术领域，具体涉及ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。
背景技术：
气溶胶是固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，作为分散相的小质点当量直径约为10_5nTl0_9m。烟、雾、霾、扬尘等都是气溶胶的各种具体存在形式。在エ业生产中，气溶胶行为特性的研究具有重要的意义。各种锅炉、发动机排放的烟气对环境造成污染；核电压水堆蒸汽发生器中传热管的磨损，高温气冷堆中石墨粉尘在管道中的沉积，以及核电站严重事故情况下会产生大量放射性气溶胶。在环境方面，可吸入颗粒物已成为我国大多城市的首要空气污染物。2011年秋冬季节北京雾霾污染天气频发， PM2.5污染指数居高不下，危害市民身体健康，干扰航空交通运行，受到广大民众的关注与诟病。因此，研究气溶胶的运动与沉积行为特性具有重要的学术和实际价值，为开发新的气溶胶脱除与检测技术提供理论基础。气溶胶运动的研究属于多相流研究课题。目前，国内外建立了许多微小细粒子动力学模型，都是从不同角度对真实过程的模拟与近似，各个模型有不同的运用条件与侧重方面；在不同的具体条件下，细粒子的运动与沉积机理也是不尽相同的，以沉降、凝聚等原理为基础的细颗粒脱除装置对亚微米级和纳米级颗粒的脱除效率不高；在气溶胶观测技术上，多选用先进的roA系统，但测量过程复杂，需要根据实际情况找到合适的测量方法。由于设计与加工的困难，目前对气溶胶粒子在通道中的观测，多采用无视窗前后端浓度差測量方式，无法观察全流场整体变化情況。这样就无法在线观测到气溶胶粒子的连续运动，特别是无法在线实时測量通道内所有区域的速度场、浓度场等，因而具有较大的局限性。
发明内容
本发明的目的是提出ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。如图I所示，此系统包括尾气净化装置I、可视段出口端热电偶2、可视段5、可视段入口端热电偶6依次相连，可视段5上装有石英玻璃视窗3，气溶胶观测设备4与石英玻璃视窗3相对，浮子流量计7分别与风机8和加热器9相连，加热器9分别与气溶胶发生器11和加热器出ロ端热电偶12相连，气溶胶发生器11与气瓶10相连，加热器出ロ端热电偶12与弥散系混合缩扩管13相连,弥散系混合缩扩管13与可视段入口端热电偶6相连，循环水泵15分别与冷却水出ロ端热电偶14和冷却水入口端热电偶16相连，冷却水出口端热电偶14和冷却水入口端热电偶16分别与可视段5相连。所述可视段5，如图2、图3所示包括盖板17与可视段外结构壁面21通过螺栓18相连，可视段外结构壁面21围成冷却水运动通道20，冷却水运动通道20包裹着弥散系运动通道19，石英玻璃视窗3位于弥散系运动通道19上，并且位于盖板17与可视段外结构壁面21之间。所述石英玻璃视窗3长度为1000mm、宽度为40mm、厚度为5mm ;石英玻璃视窗3或分割设立，分段观察。所述可视段5，可视段外结构壁面21由不锈钢制造，盖板17由具铝合金材料制造，石英玻璃视窗3由具有光学性能的石英玻璃材料制造；气溶胶弥散系在弥散系运动通道19中运动，冷却水在冷却水运动通道20中流动,通过冷却水的冷却作用在弥散系运动通道19中建立具有温度梯度的温度场。其中弥散系运动通道19截面尺寸为20mmX20mm的正方形，内表面为光滑壁面；冷却水通道20截面为底边60mm，高35mm的“凹”字型通道，包裹着弥散系通道19，如图2所示。外结构壁面21底边厚度为8mm，两侧厚度为15mm。盖板17厚度为10mm。可视段5的整体长度为1200mm。所述气溶胶发生器11向主流给料，给料量为2g/tT300g/h。
所述风机8的流量为0m3/tT50m3/h。所述加热器9的最高加热温度为500°C,最大温升不超过15°C /s。所述浮子流量计7的測量范围是2m3/tT25m3/h，工作压カ需小于2MPa。所述弥散系混合缩扩管13，对气溶胶粒子起到充分混合和加热作用，防止输送到可视段5中的弥散系浓度不均和细粒子加热不充分。所述气瓶10保证气溶胶发生器11正常给料与出口正压，防止出口压カ小于主流压カ引起给料倒流。所述水泵15的扬程为5m。所述可视段出ロ端热电偶2、可视段入口端热电偶6、加热器出ロ端热电偶12、冷却水出口端热电偶14、冷却水入口端热电偶16均为数显型，测温范围为-50°C飞00°C，測量精度为O. ore O所述的尾气浄化装置1，对可视段排出尾气进行处理，防止对环境造成污染和对操作人员的健康伤害。该系统具有多类型的数据实时记录与控制元件气溶胶发生器11控制给料量；浮子流量计7记录主流流量与压力，并且主流流量远大于用于给料的气瓶10流量，加热器9控制温度，将主流气体加热到不同温度；可视段入口端热电偶6、出口端热电偶2分别记录气溶胶分散系进出ロ温度；冷却水入口端热电偶16、出口端热电偶14分别记录冷却水进出ロ温度；加热器出ロ端热电偶12起到监测作用，防止温度过高使气溶胶产生化学和物理变化。本发明的有益效果该系统是ー套综合性系统，既可以用于气载固体小颗粒运动研究，也可以用于气载微液滴运动研究；可以用于研究微粒子的湍流运动、湍流沉积、热泳沉积等；也可以用于实现新的细微粒子实时观测方法。该系统区别于其他系统的最大特点是长度为IOOOmm的整体石英玻璃视窗。这样就可以对气溶胶微粒子进行连续实时測量，连续观测入口段、充分发展段到出口段的流场、温度场等參数的变化，也做到了对运动与沉积规律更全面、更细致的实时观察与測量。
图I是可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统图；其中各标号的意义为1_尾气浄化装置、2-可视段出ロ端热电偶、3-石英玻璃视窗、4-气溶胶观测设备、5-带有视窗和水冷通道的可视段、6-可视段入口端热电偶、7-浮子流量计、8-风机、9-加热器、10-气瓶、11-气溶胶发生器、12-加热器出口端热电偶、13-弥散系混合缩扩管、14-冷却水出口端热电偶、15-循环水泵、16-冷却水入ロ端热电偶。图2是可视段横截剖面示意图；图3是可视段立体示意图；图2和图3中各标号的意义为17_盖板、18_螺检、19_弥散系运动通道、20-冷却水运动通道、21-可视段外结构壁面、3-石英玻璃视窗。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进ー步说明。如图I所示，此系统包括尾气浄化装置I、可视段出ロ端热电偶2、可视段5、可视段入口端热电偶6依次相连，可视段5上装有石英玻璃视窗3，气溶胶观测设备4与石英玻璃视窗3相対，浮子流量计7分别与风机8和加热器9相连，加热器9分别与气溶胶发生器11和加热器出ロ端热电偶12相连，气溶胶发生器11与气瓶10相连，加热器出ロ端热电偶12与弥散系混合缩扩管13相连，弥散系混合缩扩管13与可视段入口端热电偶6相连，循环水泵15分别与冷却水出ロ端热电偶14和冷却水入口端热电偶16相连，冷却水出ロ端热电偶14和冷却水入口端热电偶16分别与可视段5相连。如图2、图3所示可视段5包括盖板17与可视段外结构壁面21通过螺栓18相连，可视段外结构壁面21围成冷却水运动通道20，冷却水运动通道20包裹着弥散系运动通道19，石英玻璃视窗3位于弥散系运动通道19上，并且位于盖板17与可视段外结构壁面21之间。可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统的运行流程为系统开启时，先启动风机8，调节到合适流量，检查系统各处是否有漏气现象；若无漏气现象，开启加热器9，设置好温度，同时打开水泵15，让系统运行一段时间；等到加热器9稳定达到预设温度，设定气溶胶发生器11给料量，打开气瓶10，启动气溶胶发生器11开始给料；开启气溶胶观测设备4，按照预先设置的测点和路径进行測量；记录浮子流量计7、可视段出ロ端热电偶2、可视段入口端热电偶6、冷却水出口端热电偶14、冷却水入口端热电偶16的数值；最后对采集的数据进行分析处理。所涉及的可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统流动エ质是气溶胶弥散体。主流载气由风机8提供，空气经过浮子流量计7进入加热器9被加热。气溶胶由气溶胶发生器11提供，由气瓶10提供压カ喷入主流通道，在加热器出ロ段与主流空气混合。主流空气携带气溶胶进入两段弥散系混合缩扩管13，气溶胶颗粒在其中被加热并与空气均匀充分混合，再通入可视段5。气溶胶弥散系在尾气排出之前经过浄化装置1，以防止对环境造成污染和对操作人员健康造成伤害。所涉及的可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统的可视段5，利用冷却水通道20包裹弥散系通道19，对气溶胶弥散体进行冷却，在弥散系通道19中创造出较大温度梯度。气溶胶粒子在可视段5中，从一端向另一端流动，期间受到湍流作用、边界效应、温度场作用等影响。利用气溶胶观测设备4，通过石英玻璃视窗3可以对气溶胶粒子运动情况实时进行观察以及速度场、浓度场和粒径分布的实时测量。所涉及的加热器9可以对主流气体温度进行调节，使得在可视段5中建立不同强度的温度场。所涉及的风机8可以对主流流量进行调节，使得气溶胶粒子在可视段5中有不同的入口速度。所涉及的气溶胶发生器11，对给料量可以进行调节，使得可视段5中气溶胶弥散系可以具有不同的浓度条件。所涉及的可视段出口端热电偶2、可视段入口端热电偶6、冷却水出口端热电偶 14、冷却水入口端热电偶16可以对流道中的温度进行准确测量。測量探头深入流动エ质内部，可以测得流动エ质的真实温度。
权利要求
1.ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，此系统包括尾气净化装置(I)、可视段出口端热电偶(2)、可视段(5)、可视段入口端热电偶(6)依次相连，可视段(5)上装有石英玻璃视窗(3)，气溶胶观测设备(4)与石英玻璃视窗(3)相对，浮子流量计(7 )分别与风机(8 )和加热器(9 )相连，加热器(9 )分别与气溶胶发生器(11)和加热器出口端热电偶(12)相连，气溶胶发生器(11)与气瓶(10)相连，加热器出口端热电偶(12)与弥散系混合缩扩管(13)、相连，弥散系混合缩扩管(13)与可视段入口端热电偶(6)相连，循环水泵(15)分别与冷却水出ロ端热电偶(14)和冷却水入口端热电偶(16)相连，冷却水出ロ端热电偶(14)和冷却水入口端热电偶(16)分别与可视段(5)相连。
2.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，所述可视段(5)包括盖板(17)与可视段外结构壁面(21)通过螺栓(18)相连，可视段外结构壁面(21)围成冷却水运动通道(20),冷却水运动通道(20)包裹着弥散系运动通道(19),石英玻璃视窗(3)位于弥散系运动通道(19)上，并且位于盖板(17)与可视段外结构壁面(21)之间。
3.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，石英玻璃视窗(3)长度为1000mm、宽度为40mm、厚度为5mm ;石英玻璃视窗(3)或分割设立，分段观察。
4.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，所述可视段(5)中可视段外结构壁面(21)由不锈钢制造，盖板(17)由铝合金材料制造，石英玻璃视窗(3)由具有光学性能的石英玻璃材料制造；气溶胶弥散系在弥散系运动通道(19)中运动,冷却水在冷却水运动通道(20)中流动,通过冷却水的冷却作用在弥散系运动通道(19)中建立具有温度梯度的温度场。
5.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，所述气溶胶发生器(11)向主流给料，给料量为2g/tT300g/h。
6.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，风机(8)的流量为0m3/tr50mVh。
7.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，加热器(9)的最高加热温度为500°C,最大温升不超过15°C /s。
8.根据权利要求I所述的ー种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在干，此系统工作压カ为O. IMPa 2Mpa，工作温度为(TC 500°C。
全文摘要
本发明公开了属于多相流技术领域的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。在此系统中，主流气体由风机供给并由加热器加热；气溶胶发生器通过支路加入固体小颗粒或液体微液滴，形成弥散系；弥散系经过可视段时被冷却，最后通过尾气净化装置排出；利用气溶胶观测设备通过可视段实现对细微粒子实时的观察与测量。该系统的主要特征为可视段拥有长达1000mm的石英玻璃视窗，实现了对细微粒子整段连续运动的观察与测量；系统安全可靠，并可以对温度、流量、浓度等多个参数进行调节。该系统有助于总体机械设备构造、多相流、环境保护、气溶胶运动、热泳效应等学科方面的研究。
文档编号G01N15/04GK102692368SQ20121016329
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者周涛, 樊昱楠, 汝小龙, 王泽雷 申请人:华北电力大学