专利名称：气溶胶动态风洞检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种气溶胶动态风洞检测系统，特别是涉及了一种用于模拟环境中 机载条件下焰条燃烧及其他气溶胶发生装置的气溶胶动态风洞检测系统。
背景技术：
气溶胶是空气中悬浮的固态或液态颗粒的总称，能长时间悬浮于气相介质中的液 体或固体离子的集合。随着工业的发展在许多工序中都会有意无意的有产生气溶胶的阶 段，例如给料在通过火焰、激光或燃炉的时候就可能为气溶胶的生成提供合适的粒子。无论 是在研究气溶胶对人体健康的风险评估还是在控制生产过程产生合乎要求的气溶胶体系 都需要人们借助很多工具来理解和测量气溶胶，然而有些情况以现有的测量方式无法直接 检测生成的气溶胶，这就需要模拟这些特殊条件下的气溶胶生成过程采用一定的中间技术 手段使其可以用常规仪器测定，如飞行测量焰条燃烧的核粒子尺度谱相当困难，常规手段 无法测量。国内传统的催化剂采样方法是将药样在燃烧室燃烧，静态采样，这样测出的结果 与实际动态的检测结果有一些出入，不精确。气溶胶检测的关键技术是等速采样。美国NCAR的检测风洞是在动态下的检测，其 代表了当前的世界水平。该检测风洞燃烧段直径25. 4厘米，长1. 5米，设计风速为40米/ 秒，焰条全尺寸正压、等速取样，但是采用正压检测，采样嘴对着气溶胶气流采样时，由于气 溶胶颗粒惯性的作用，流入采样嘴的气溶胶流速大于风洞中流速时，会使结果偏低，反之则 偏高。因此采用正压检测结果仍然不精确。因此需要设计一种风洞系统来模拟测量动态条件下的气溶胶，例如模拟焰条在机 载条件下的燃烧环境，并精准测量焰条燃烧的核粒子尺度谱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气溶胶动态风洞检测系统，其可以模拟在机载等动态 条件下，检测出不同风速时焰条燃烧及其他气溶胶发生装置产生的核粒子尺度谱。为了完成本发明的发明目的，本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统包括若干 个空气过滤器、空气腔、鼓引风机、燃烧段、催化剂装置、扩散段、至少一级恒稀释式稀释器、 风机、FSSP、PCASP、颗粒谱仪和数据采集单片机，3-6个空气过滤器与空气腔的进气口相连， 鼓引风机的一端与空气腔的出气口相连，鼓引风机的另一端依次与燃烧段和扩散段相连， 在燃烧段中装有催化剂装置，恒稀释式稀释器的进气口与扩散段或上一级恒稀释式稀释器 的出气口相连，恒稀释式稀释器的出气口与下一级恒稀释式稀释器或者与FSSP、PCASP和 颗粒谱仪的之一或任意组合相连，其中它还包括装在PCASP与末级恒稀释式稀释器的 出气口之间的射流式稀释器，射流式稀释器的前端开有的样品气进气口，射流式稀释器的 前段侧面开有1组以上对称的压缩空气进口，射流式稀释器的后端有采样口，采样口附近 的射流式稀释器侧面开有出气口，样品气进气口装有射流进气管，压缩空气进口依次与气 体质量流量控制箱、气水分离器、稳压阀、空气压缩机和空气过滤器相连，在压缩空气进口后端的射流式稀释器上装有射流环，射流环使由压缩空气进口进入的高速空气产生负压使 样品气由进气口被吸入到射流式稀释器的腔体并充分混合，射流式稀释器的采样口装有 PCASP采样头，PCASP采样头伸到射流式稀释器内的出气口之前；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述恒稀释式稀释器的前端开有 样品气进气口，采样管装在前级进气口上并且伸入到扩散段或上一级的恒稀释式稀释器 中，恒稀释式稀释器前段侧面开有过滤空气入口，该空气入口与一个空气过滤器相连，恒稀 释式稀释器的后端开有出气口，该出气口上装有扩展式采样接口 ；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述的扩展式采样接口的中央开 有一个主采样孔，扩展式采样接口的圆面上开有4-8个扩展采样孔，主采样孔与下一级恒 稀释式稀释器的采样管或通向FSSP的采样管相连，扩展采样孔与风机和PCASP和/或颗粒 谱仪相连；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述恒稀释式稀释器为一级、二级 或三级稀释器；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述恒稀释式稀释器为二级恒稀 释式稀释器，第一级恒稀释式稀释器的进气口与扩散段的出气口相连，第一级恒稀释式稀 释器的出气口与第二级恒稀释式稀释器的进气口和颗粒谱仪相连，第二级恒稀释式稀释器 的出气口与FSSP、PCASP和颗粒谱仪相连；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述颗粒谱仪为发动机废气排放 颗粒物粒径谱仪、空气动力学粒径谱仪或云凝结核计数器；本发明的一种气溶胶动态风洞检测系统，其中所述燃烧段和扩散段分别装有皮 托管和温湿度传感器，皮托管和温湿度传感器分别与数据采集单片机相连。采用上述方案后，本发明气溶胶动态风洞检测系统使得纯净的气流均勻平行稳 定、便于进行动态显示实验；风速的可以无级调速，风速均勻性和重复性好，最大风速可达 120米每秒，可模拟大多数人影作业飞机的飞行速度，实用范围更广；采用了负压、同轴等 速等气溶胶取样技术，最大限度减少了取样过程中气流对气溶胶粒度分布的影响，不改变 漂浮颗粒的原有运动状态，提高采样的可信度和精度。
图1是本发明的气溶胶动态风洞检测系统的结构示意图；图2是在图1中射流式稀释器的示意图；图3是在图1中孔板的正向示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的气溶胶动态风洞检测系统包括一种气溶胶动态风洞检测 系统，它包括若干个空气过滤器1、空气腔2、鼓引风机3、燃烧段4、催化剂装置5、扩散段 6、二级恒稀释式稀释器8，18、风机19、颗粒谱仪10、FSSP17和PCASP15，3_6个空气过滤器 1与空气腔2的进气口相连，鼓引风机3的一端与空气腔2的出气口相连，鼓引风机3的另 一端依次与燃烧段4和扩散段6相连，在燃烧段4中装有催化剂装置5，燃烧段4和扩散段 6分别装有皮托管20和温湿度传感器31，皮托管20和温湿度传感器31分别与数据采集单片机33相连。第一级恒稀释式稀释器8的进气口与扩散段6的出气口相连，第一级恒稀释 式稀释器18的出气口与第二级恒稀释式稀释器18的进气口和颗粒谱仪10相连，第二级恒 稀释式稀释器18的出气口与FSSP17、颗粒谱仪10和PCASP15相连。如图2所示，本发明还包括装在PCASP15与第二级稀释器18的出气口之间的射 流式稀释器16，射流式稀释器16的前端开有的样品气进气口 21，射流式稀释器16前段侧 面开有1组以上对称的压缩空气进口 22，射流式稀释器16的后端开有采样口 25，采样口 25 附近的射流式稀释器16侧面开有出气口 24，样品气进气口 21装有射流进气管四，压缩空 气进口 22依次与气体质量流量控制箱12、气水分离器11、稳压阀13、空气压缩机14和空气 过滤器1相连，在压缩空气进口 22后端的射流式稀释器16上装有射流环23，射流环23使 由压缩空气进口 22进入的高速空气产生负压使样品气由进气口 21被吸入到射流式稀释器 的腔体并充分混合，射流式稀释器16的采样口 25装有PCASP采样头30，PCASP采样头30 伸到射流式稀释器16内的出气口 M之前。如图1和图3所示，恒稀释式稀释器8，18的前端开有进气口，采样管7装在进气 口上并且伸入到空气扩散装置6或上一级的恒稀释式稀释器8，18中，恒稀释式稀释器8，18 的前段侧面开有过滤空气入口 28，该空气入口观与一个空气过滤器1相连，恒稀释式稀释 器8，18的后端开有出气口，出气口上装有扩展式采样接口 9。扩展式采样接口 9的中央开 有一个主采样孔沈，扩展式采样接口 9的圆周上开有4-8个扩展采样孔27，主采样孔沈与 下一级恒稀释式稀释器18的采样管7或通向FSSP17的采样管7相连，扩展采样孔27与风 机19和颗粒谱仪10和/或PCASP15相连。颗粒谱仪10为量程为5. 6 560nm的发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(EEPS)、量 程为0.47-20 μ m空气动力学粒径谱仪(APQ或云凝结核计数器(CCN)等。本实施例仅以二个恒稀释式稀释器为例，对本发明的气溶胶动态风洞检测系统进 行说明，实际上，本发明的气溶胶动态风洞检测系统还可以有1或3个稀释器。工作过程本发明的气溶胶动态风洞检测系统工作时，各空气过滤器1将吸入的空气过滤净 化后得到的洁净空气经鼓引风机3吸入燃烧段4，将燃烧段4内的催化剂装置5中焰条点 燃，产生的气溶胶粒由燃烧段4吹到扩散段6，由于燃烧段4内壁光滑且为圆柱形，这样保证 整个风洞中气流平稳的中心点保持不变。在燃烧段4和扩散段6上分别用皮托管20测量 气流全差，经温度、湿度和马赫数订正后得到真实速度。在扩散段6尾部连接的第一级恒稀 释式稀释器8，在第一级恒稀释式稀释器8后连接第二级恒稀释式稀释器18，用FSSP17对 第二级恒稀释式稀释器18的出口进行采样，在PCASP15的前端加入射流式稀释器16，使气 溶胶粒子测量直径范围为0. 5 47微米，常用0. 5 8. 0微米，15个直径间隔。通过这些 结果准确检测出气溶胶的动态风洞的工作状态，以便作为实际气溶胶粒生成演示的参考， 供实际工作作业使用，本发明燃烧段的最大风速达120米/秒，可模拟大多数人工影响天气 作业飞机的飞行速度。可以模拟在机载条件下不同风速，精准测出催化剂装置5中的焰条 燃烧的核粒子尺度谱，且其风速可调适用范围广泛、便于操作。以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利 要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
权利要求
1.一种气溶胶动态风洞检测系统，它包括若干个空气过滤器(1)、空气腔O)、鼓引 风机(3)、燃烧段G)、催化剂装置(5)、扩散段(6)、至少一级恒稀释式稀释器(8，18)、风机 (19)、FSSP (17)、PCASP (15)和颗粒谱仪(10)，3-6个空气过滤器(1)与空气腔(2)的进气 口相连，鼓引风机(3)的一端与空气腔O)的出气口相连，鼓引风机(3)的另一端依次与 燃烧段(4)和扩散段(6)相连，在燃烧段(4)中装有催化剂装置(5)，恒稀释式稀释器(8， 18)的进气口与扩散段(6)或上一级恒稀释式稀释器(8)的出气口相连，恒稀释式稀释器 (8,18)的出气口与下一级恒稀释式稀释器(18)或者与FSSP(17)、PCASP(15)和颗粒谱仪 (10)的之一或任意组合相连，其特征在于它还包括装在PCASP (1 与末级恒稀释式稀释 器(18)的出气口之间的射流式稀释器(16)，射流式稀释器(16)的前端开有的样品气进气 口(21)，射流式稀释器(16)的前段侧面开有1组以上对称的压缩空气进口(22)，射流式稀 释器(16)的后端开有采样口(25)，采样口 0 附近的射流式稀释器(16)侧面开有出气 口 04)，样品气进气口 装有射流进气管( ),压缩空气进口 0 依次与气体质量流 量控制箱(12)、气水分离器(11)稳压阀(13)、空气压缩机(14)和空气过滤器(1)相连，在 压缩空气进口 0 后端的射流式稀释器(16)上装有射流环(23)，射流环使由压缩 空气进口 02)进入的高速空气产生负压使样品气由进气口 被吸入到射流式稀释器的 腔体并充分混合，射流式稀释器(16)的采样口 0 装有PCASP采样头(30)，PCASP采样头 (30)伸到射流式稀释器(16)内的出气口 (24)之前。
2.如权利要求1所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述恒稀释式稀释器 (8，18)的前端有样品气进口，采样管(7)装在样品进气口上并且伸入到扩散段(6)或上一 级的恒稀释式稀释器(8，18)中，恒稀释式稀释器(8，18)的前段侧面开有一对以上的过滤 空气入口( )，该空气入口 08)与一个空气过滤器(1)相连，恒稀释式稀释器(8，18)的后 端开有出气口，出气口上装有扩展式采样接口(9)。
3.如权利要求2所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述的扩展式采样接 口(9)的中央开有一个主采样孔( )，扩展式采样接口(9)的圆面上开有4-8个扩展采样 孔(27)，主采样孔06)与下一级恒稀释式稀释器(18)的采样管(7)或通向FSSP(17)的采 样管(7)相连，扩展采样孔(27)与风机(19) ^P PCASP(15)和/或颗粒谱仪(10)相连。
4.如权利要求3所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述恒稀释式稀释器 (8，18)为一级、二级或三级稀释器。
5.如权利要求4所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述恒稀释式稀释器 (8，18)为二级恒稀释式稀释器(8，18)，第一级恒稀释式稀释器(8)的进气口与扩散段(6) 的出气口相连，第一级恒稀释式稀释器(18)的出气口与第二级恒稀释式稀释器(18)的进 气口和颗粒谱仪(10)相连，第二级恒稀释式稀释器(18)的出气口与FSSP(17)、颗粒谱仪 (10)和 PCASP (15)相连。
6.如权利要求5所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述颗粒谱仪(10)为 发动机废气排放颗粒物粒径谱仪、空气动力学粒径谱仪或云凝结核计数器。
7.如权利要求6所述的气溶胶动态风洞检测系统，其特征在于所述燃烧段(4)和扩 散段(6)分别装有皮托管OO)和温湿度传感器(31)，皮托管OO)和温湿度传感器(31)分 别与数据采集单片机(33)相连。
全文摘要
本发明涉及了气溶胶动态风洞检测系统，包括若干个空气过滤器、空气腔、鼓引风机、燃烧段、催化剂装置、扩散段、至少一级恒稀释式稀释器、引风机、FSSP、PCASP、数据采集单片机、扩展式采样接口与末级恒稀释式稀释器的出气口之间的射流式稀释器，射流式稀释器的前端开有的样品气进气口，射流式稀释器前端侧面开有1组以上对称的压缩空气进口，射流式稀释器的后端开有采样口，射流式稀释器后端侧面开有出气口，本发明可以模拟机载等动态条件下，检测出不同风速时焰条燃烧及其他气溶胶发生装置产生的核粒子尺度谱。
文档编号G01N15/00GK102053048SQ20091018015
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘红杰, 徐鸣之, 杨文 , 杨连英, 武玉忠, 王建平, 王晨, 陈跃 申请人:中国气象科学研究院, 刘红杰, 杨文