一种圆柱绕流气液交叉脱除大气颗粒悬浮物实验模拟平台的制作方法

本实用新型涉及实验装置领域，具体涉及一种圆柱绕流气液交叉脱除大气颗粒悬浮物实验模拟平台。

背景技术：

空气环境污染，给人们的健康带来很大的困扰，严重影响人们的生活和工作。对于大气颗粒物，尤其是悬浮于空气中的细小颗粒物(PM2.5)的来源有很大一部分是源自工厂的排放。如何充分利用现有资源，在工厂原有基础上进行减排，是现实零排放、绿色型工业的关键。工厂每年都会排放出大量的污染气体，同时也会排放出大量的具有一定温度的废水，直接排放的气体对空气造成污染，直接排放的废水又浪费资源。如何能够将两者联系起来，达到双赢的目的，是值得研究的领域。空气颗粒物再悬浮实验平台对于初步探究空气中颗粒物起到重要和关键的作用。但是，目前的空气颗粒物再悬浮模拟平台缺少对环境工况的模拟与再现，导致对于较大湿度的环境的空气颗粒物的研究很难有所进展。特别是对于常用的喷淋水，可以将喷淋液相看做变径圆柱。而喷淋脱除就像雨水落下对悬浮颗粒具有清除功能，但是，其具体的原理和关键影响因素仍有待研究，例如气相流动的雷诺数如何影响颗粒绕流轨迹，圆柱尾部绕流产生涡街的频率与绕流速度和圆柱直径均有关系，而这些因素又对颗粒绕流运动轨迹产生影响，雷诺数与涡街的频率同时又相关。所以，缺少一种能够模拟真实工况，可调节各种变量影响因素的实验平台对气液交叉绕流脱除大气悬浮颗粒进行研究。

技术实现要素：

针对目前的空气颗粒物再悬浮模拟平台缺少对环境工况的模拟与再现，导致对于较大湿度的环境的空气颗粒物的研究很难有所进展的问题，本实用新型提供一种圆柱绕流气液交叉脱除大气颗粒悬浮物实验模拟平台以弥补以上不足。

本实用新型的技术方案如下：

一种圆柱绕流气液交叉脱除大气颗粒悬浮物实验模拟平台，包括气溶胶发生装置，所述气溶胶发生装置连接样气通道，所述样气通道可拆卸固定于支架上；所述样气通道还设有圆柱绕流模拟腔室，所述圆柱绕流模拟腔室的顶部固定连接有喷淋板；所述样气通道上位于所述圆柱绕流模拟腔室的两侧分别设有进气取样口和出气取样口；所述样气通道的另一端连接废气收集装置，所述样气通道上位于所述废气收集装置的前端设有负压轴流风机；所述绕流模拟腔室包括盖板，所述盖板可拆卸连接箱体，所述盖板顶部通过第一管路连通沉降储水池，所述第一管路上设有抽水泵，所述沉降储水池的顶部通过第二管路连接位于所述圆柱绕流模拟腔室的底部的溢流排水口，所述第二管路上设有阀门和流量计。

进一步的，所述圆柱绕流模拟腔室的内部靠近底部位置设有溢流堰，所述溢流堰包括固定于所述圆柱绕流模拟腔室的承载板，所述承载板插接堰板，所述堰板通过丝杆连接旋钮结构；所述丝杆与所述圆柱绕流模拟腔室的侧壁连接处设有工字型密封结构。

因为采用喷淋液相的量是非稳态的，圆柱绕流模拟腔室底部的液封的量也要随之做出适应性变化才能满足循环水稳定流动，圆柱绕流模拟腔室内部气流稳定的需求，本实用新型采用调节堰板之间的距离，以达到调节溢流堰结构的效果。具体调节方式为旋动旋钮，旋钮带动丝杆，丝杆传动给堰板，使得堰板在承载板上移动，以改变溢流堰的结构，满足液封的需求。

更进一步的，所述旋钮结构中间部位设有计数凸台；所述计数凸台上设有距离指示圈。

由于实验精确度要求较高，旋动旋钮带动丝杆运动的距离不方便计量，所以，本实用新型采用计数凸台和距离指示圈以记录旋动的距离，以便记录丝杆运动的距离，为实验数据提供全面、详细的数据。

更进一步的，所述盖板与所述圆柱绕流模拟腔室的侧壁连接处设有第一灌胶密封槽；所述喷淋板通过第二灌胶密封槽固定连接于所述圆柱绕流模拟腔室。

采用灌胶密封槽，增加连接稳定性的同时密封效果好。

更进一步的，所述喷淋板上具有呈矩形、三角形或圆形其中任意一种形状分布的喷淋口。

呈不同形态分布的喷淋口方便研究液相分布对圆柱绕流脱除颗粒物的影响。

进一步的，所述样气通道靠近气溶胶发生装置的一端设有流体均布板。

流体均布板有助于进一步提高带有悬浮颗粒物的气相流体分布均匀，避免实验系统误差，提高实验测量数据的准确性。

进一步的，所述沉降储水池的底部设有排污口；所述沉降储水池、所述第一管路、所述抽水泵、所述流量计、所述第二管路、所述阀门和所述排污口数量为均为两个，并且呈左右对称布置。

两套储水以及相关配套设备，可以满足连续进行实验的需求，当其中一个沉降储水池需要排污时，通过阀门控制循环水路，启动另一个沉降储水池，达到可实现连续测量的效果。

更进一步的，所述溢流排水口为上宽下窄的锥形结构。

溢流排水口为上宽下窄的锥形结构有助于喷淋下来的水的收集并具有导流效果。

更进一步的，所述圆柱绕流模拟腔室内设有温度传感器和湿度传感器。

温度传感器和湿度传感器可以监测圆柱绕流模拟腔室内的温度和湿度的变化情况，为模拟真实大气环境提供数据参考。

进一步的，所述进气取样口和所述出气取样口均连接有“L”型取样管；所述取样管上设有反吹清理口。

由于经过圆柱绕流模拟腔室的喷淋，气相流体会具有较大湿度，加上气相流体中含有悬浮颗粒物，容易造成在取样口的端部生成结晶，堵塞取样口，并且呈“L”的取样管具有弯部，无论使用液体还是气体在较大弯部较大阻力的情况下都难以提供有效的清理效果。所以，在取样管的一侧开设可拆卸的反吹清理口，可以使用流体进行清理，也可以使用固体物进行清理。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

本实用新型弥补对于气体和液体交叉流动时圆柱液相对于大气中颗粒悬浮物的脱除情况缺少能够模拟多种工况的实验模拟平台，通过可拆卸的喷淋板改变喷淋圆柱的形状和尺寸，以便研究绕流中液相圆柱直径对脱除颗粒物的影响。

本实用新型通过设置进气取样口和出气取样口进行取样，进而通过重量差推算出颗粒物脱除情况。

本实用新型采用沉降储水池，可以对实验中带有颗粒物的污水进行过滤处理，重复利用，节约资源。

本实用新型采用溢流排水口对圆柱绕流模拟腔室的底部排水口进行液封，保证从喷淋流下的水至沉降储水池中的水路循环的稳定性，同时确保圆柱绕流模拟腔室内部气流的稳定，减少外界因素对实验的影响。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A处局部放大结构示意图；

图3为图1中B处局部放大结构示意图；

图4为喷淋板中喷淋口分布结构示意图；

图5为圆柱绕流模拟腔室纵截面结构示意图；

图6为图5中C处局部放大结构示意图；

图7为图5中D处局部放大结构示意图；

图8为图5中E处局部放大结构示意图；

图9为图5中F处局部放大结构示意图；

图10为计数凸台主视结构示意图；

图中：1、气溶胶发生装置；2、样气通道；21、流体均布板；3、支架；4、圆柱绕流模拟腔室；41、喷淋板；411、第二灌胶密封槽；412、喷淋口；42、盖板；43、箱体；44、溢流堰；44、温度传感器；441、承载板；442、堰板；443、丝杆；444、旋钮结构；445、工字型密封结构；4441、计数凸台；4442、距离指示圈；45、湿度传感器；46、取样管；461、反吹清理口；421、第一灌胶密封槽；51、进气取样口；52、出气取样口；6、废气收集装置；7、负压轴流风机；8、第一管路；9、沉降储水池；91、排污口；101、抽水泵；102、第二管路；1021、阀门；1022、流量计；103、溢流排水口；104、取样瓶。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做详细描述：

实施例1

如图1-10所示，本实施例提供一种圆柱绕流气液交叉脱除大气颗粒悬浮物实验模拟平台，包括气溶胶发生装置1，气溶胶发生装置1连接样气通道2，样气通道2可拆卸固定于支架3上；样气通道2还设有圆柱绕流模拟腔室4，圆柱绕流模拟腔室4的顶部固定连接有喷淋板41；样气通道2上位于圆柱绕流模拟腔室4的两侧分别设有进气取样口51和出气取样口52；样气通道2的另一端连接废气收集装置6，样气通道2上位于废气收集装置6的前端设有负压轴流风机7；绕流模拟腔室4包括盖板42，盖板42可拆卸连接箱体43，盖板42顶部通过第一管路8连通沉降储水池9，第一管路8上设有抽水泵101和流量计1022，沉降储水池9的顶部通过第二管路102连接位于圆柱绕流模拟腔室4的底部的溢流排水口103，第二管路102上设有阀门1021。

圆柱绕流模拟腔室4的内部靠近底部位置设有溢流堰44，溢流堰44包括固定于圆柱绕流模拟腔室4的承载板441，承载板441插接堰板442，堰板442通过丝杆443连接旋钮结构444；丝杆443与圆柱绕流模拟腔室4的侧壁连接处设有工字型密封结构445。因为采用喷淋液相的量是非稳态的，圆柱绕流模拟腔室4底部的液封的量也要随之做出适应性变化才能满足循环水稳定流动，圆柱绕流模拟腔室4内部气流稳定的需求，本实用新型采用调节堰板442之间的距离，以达到调节溢流堰44结构的效果。具体调节方式为旋动旋钮结构444，旋钮带动丝杆443，丝杆443传动给堰板442，使得堰板442在承载板441上移动，以改变溢流堰44的结构，满足液封的需求。

旋钮结构444中间部位设有计数凸台4441；计数凸台4441上设有距离指示圈4442。由于实验精确度要求较高，旋动旋钮结构444带动丝杆443运动的距离不方便计量，所以，本实用新型采用计数凸台4441和距离指示圈4442以记录旋动的距离，以便记录丝杆运动的距离，为实验数据提供全面、详细的数据。

盖板42与圆柱绕流模拟腔室4的侧壁连接处设有第一灌胶密封槽421；喷淋板41通过第二灌胶密封槽411固定连接于圆柱绕流模拟腔室4。采用第一灌胶密封槽421和第二灌胶密封槽411，增加连接稳定性的同时密封效果好。

喷淋板41上具有呈矩形、三角形或圆形其中任意一种形状分布的喷淋口412。呈不同形态分布的喷淋口方便研究液相分布对圆柱绕流脱除颗粒物的影响。

样气通道2靠近气溶胶发生装置1的一端设有流体均布板21。流体均布板21有助于进一步提高带有悬浮颗粒物的气相流体分布均匀，避免实验系统误差，提高实验测量数据的准确性。

沉降储水池9的底部设有排污口91；沉降储水池9、第一管路8、抽水泵101、流量计1022、第二管路102、阀门1021和排污口91数量为均为两个，并且呈左右对称布置。两套储水以及相关配套设备，可以满足连续进行实验的需求，当其中一个沉降储水池需要排污时，通过阀门控制循环水路，启动另一个沉降储水池，达到可实现连续测量的效果。

溢流排水口103为上宽下窄的锥形结构。溢流排水口为上宽下窄的锥形结构有助于喷淋下来的水的收集并具有导流效果。

圆柱绕流模拟腔室4内设有温度传感器44和湿度传感器45。温度传感器和湿度传感器可以监测圆柱绕流模拟腔室内的温度和湿度的变化情况，为模拟真实大气环境提供数据参考。

进气取样口51和出气取样口52均连接有“L”型取样管46；取样管46上设有反吹清理口461。由于经过圆柱绕流模拟腔室4的喷淋，气相流体会具有较大湿度，加上气相流体中含有悬浮颗粒物，容易造成在取样口的端部生成结晶，堵塞取样口，并且呈“L”的取样管具有弯部，无论使用液体还是气体在较大弯部较大阻力的情况下都难以提供有效的清理效果。所以，在取样管的一侧开设可拆卸的反吹清理口461，可以使用流体进行清理，也可以使用固体物进行清理。

本实施例的具体工作方式为：

启动气溶胶发生装置1，在气溶胶发生装置1的顶部形成稳定的气溶胶相；启动抽水泵101从沉降储水池9中将水导入圆柱绕流模拟腔室4，调节抽水泵101功率同时观察流量计1022读数，进而调节抽水泵101供水流量，达到在圆柱绕流模拟腔室4内形成稳定的液相流体圆柱；喷淋下来的水通过呈上宽下窄的锥形结构溢流排水口103流入沉降储水池9；打开盖板42，将呈矩形分布的喷淋板41固定在第二灌胶密封槽上411，在喷淋板41与第二灌胶密封槽411连接处喷涂玻璃胶进一步进行密封；固定盖板42，将盖板42固定在第一灌胶槽421上，同时在盖板42与第一密封槽421的连接处喷涂玻璃胶进行密封；启动负压轴流风机7，气溶胶通过在样气通道2内通过流体均布板21依次经过进气取样口51，圆柱绕流模拟腔室4，出气取样口52，最后进入废气收集装置6；通过旋动旋钮结构444，观察计数凸台4441上的距离指示圈4442，记录堰板442移动距离，调节堰板442之间的距离，使气相流动和液相流动均相对稳定；在进气取样口51和出气取样口52处分别插入带有反吹扫清理口461的取样管，之后继续在取样管上接入取样瓶，利用重量法进行悬浮颗粒物脱除率的测量。

当其中一个沉降储水池污垢太多需要清理时，关闭需要清理的沉降储水池相关管路的阀门，打开排污口，同时开启另一个沉降储水池相关管路的阀门，以实现不影响实验进展的情况下进行排污处理。

当取样管46堵塞时，将取样管取出，打开反吹清理口461，使用洗耳球进行管路疏通。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

本实用新型弥补对于气体和液体交叉流动时圆柱液相对于大气中颗粒悬浮物的脱除情况缺少能够模拟多种工况的实验模拟平台，通过可拆卸的喷淋板41改变喷淋圆柱的形状和尺寸，以便研究绕流中液相圆柱直径对脱除颗粒物的影响。

本实用新型通过设置进气取样口51和出气取样口52进行取样，进而通过重量差推算出颗粒物脱除情况。

本实用新型采用沉降储水池9，可以对实验中带有颗粒物的污水进行过滤处理，重复利用，节约资源。

本实用新型采用溢流排水口103对圆柱绕流模拟腔室的底部排水口进行液封，保证从喷淋流下的水至沉降储水池中的水路循环的稳定性，同时确保圆柱绕流模拟腔室4内部气流的稳定，减少外界因素对实验的影响。

实施例2

如图1-10所示，本实施例的技术方案基本与实施例1中的技术方案相同，不同之处在于：

喷淋板41采用呈三角形分布的喷淋口412，通过旋动旋钮结构444，观察计数凸台4441上的距离指示圈4442，记录堰板442移动距离，调节堰板442之间的距离，使气相流动和液相流动均相对稳定。

实施例3

如图1-10所示，本实施例的技术方案基本与实施例1中的技术方案相同，不同之处在于：

喷淋板41采用呈圆形分布的喷淋口412，通过旋动旋钮结构444，观察计数凸台4441上的距离指示圈，记录堰板442移动距离，调节堰板442之间的距离，使气相流动和液相流动均相对稳定。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此即限制本实用新型的专利保护范围，凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。