CN101441145A - 直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞 - Google Patents

Abstract

一种直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，包括空气过滤系统、风洞洞体和抽吸式稀释器；空气过滤系统包括若干空气过滤器及一个无级调速鼓引风机，鼓引风机上设有若干与各空气过滤器连接的进气口和一个出气口；风洞洞体包括燃烧段和扩散段，燃烧段包括空心圆柱管及设置于空心圆柱管内的催化剂装置，扩散段为空心柱体，一端为直排端另一端为渐缩口，其与燃烧段通过法兰连接，燃烧段与鼓引风机连接，扩散段另一端与抽吸式稀释器连接，空心圆柱管内腔与扩散段内腔分别设计皮托管测速安装口，本发明风速可调、适用范围广、便于操作、可模拟动态条件下的气溶胶实验，特别在模拟机载条件下焰条燃烧的核粒子尺度谱测量方面有极高应用价值。

Description

直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞

技术领域

本发明涉及一种气溶胶在动态情况下的流速的检测装置，尤指一种直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞。

背景技术

气溶胶是空气中悬浮的固态或液态颗粒的总称，其是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。无论是研究气溶胶对人体健康的风险评估还是控制生产过程要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直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其可以模拟在机载条件下不同风速时精准测出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。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中该检测风洞包括空气过滤系统、风洞洞体和抽吸式稀释器；

所述空气过滤系统包括若干个空气过滤器及一个无级调速鼓引风机，所述鼓引风机上设有若干个进气口，所述各进气口与各空气过滤器连接，所述鼓引风机上设有一个出气口；

所述风洞洞体包括燃烧段和扩散段，所述燃烧段由空心圆柱管及设置于空心圆柱管内的催化剂装置组成，所述催化剂装置包括拉手、座盖、导流锥体、支撑架、定位顶丝及催化剂，所述座盖与空心圆柱管上的长槽形状相吻合，所述座盖下面设置有一组支撑架，所述各支撑架均由一连接杆与一环形定位环连接构成，所述各定位环位于同一水平直线上，所述催化剂穿置于各定位环上，所述催化剂一端与导流锥体呈同轴线连接，所述各定位环上分别设置有三个定位顶丝，且三个定位顶丝呈圆周分布于定位环上，所述导流锥体、支撑架、定位顶丝及催化剂均设置于空心圆柱管内，所述扩散段为空心柱体，扩散段为空心柱体，其一端为直排端，另一端为渐缩口，所述扩散段与燃烧段通过法兰连接，所述燃烧段与鼓引风机连接，所述扩散段的另一端与抽吸式稀释器连接，所述空心圆柱管内腔与所述扩散段内腔分别设计有与第一、第二皮托管连通的测速安装口；

所述抽吸式稀释器包括等速采样头、采样直管、稀释腔、第一空气过滤器及稀释风机，所述采样头、采样直管、稀释腔从左到右依次连接，采样头伸入所述扩散段内，所述稀释腔左腔与第一空气过滤器连接，稀释腔的右腔与稀释风机连接；所述稀释腔的右端设有可扩展负压取样口。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述空气过滤器包括外壳、滤芯模块、密封圈、压紧滤芯模块的顶丝及防滤芯模块变形的垫板，所述外壳为空心锥体，其左侧进气口面积大于右侧出气口面积，所述外壳左侧连接有滤芯模块，所述滤芯模块与外壳通过顶丝连接在一起，所述外壳与滤芯模块之间设置有密封圈，所述顶丝与滤芯模块之间设置有垫板。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述座盖与所述空心圆柱管之间设有橡胶密封圈。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述空气过滤系统的鼓引风机上的各进气口与各空气过滤器之间、所述燃烧段与鼓引风机之间、所述稀释腔与稀释风机之间及所述稀释腔与第一空气过滤器之间分别通过第一橡胶软管、第二硬橡胶管、第三橡胶软管、第四橡胶软管固定连接，所述第一橡胶软管、第二硬橡胶管、第三橡胶软管、第四橡胶软管的外分别卡固有第一、第二、第三、第四金属卡箍。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述鼓引风机采用离心式风机。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述燃烧段、扩散段与法兰之间设置有O型密封圈。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述燃烧段的空心圆柱管为内腔抛光的不锈钢管。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其中所述座盖上设有橡胶密封圈，其与燃烧段的长槽密封连接，所述空心圆柱管与催化剂装置之间通过圆柱管的长槽外周的弹簧卡扣拉紧密封。

采用上述方案后，本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞通过空气过滤系统的鼓引风机的驱动使得纯净的气流均匀平行稳定、便于进行动态显示实验；风速的可以无级调速，风速均匀性和重复性好，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，提高采样的可信度和精度。

附图说明

图1是本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞的结构示意图；

图2是本发明的燃烧段结构示意图；

图3是本发明的燃烧段结构左视图；

图4是本发明的空气过滤器的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞的结构示意图，该检测风洞包括空气过滤系统1、风洞洞体2和抽吸式稀释器3；

空气过滤系统1包括7个0.3微米的DOP(邻苯二甲酸二辛脂)过滤效率为99.99％的空气过滤器11(图中只示出5个)及一个无级调速鼓引风机12，鼓引风机12上设有7个凸出的进气口121，各进气口121上分别通过第一橡胶软管4与一个空气过滤器11固定连接，第一金属卡箍8卡固在第一橡胶管4外。此7个空气过滤器11并排装在风机进气口处。鼓引风机12采用45千瓦三相电机驱动的离心风机，其可以进行无级调速，提供均匀、稳定的风速。鼓引风机12上设有一个出气口122；

风洞洞体2包括燃烧段21和扩散段22，结合图2及图3的本发明的燃烧段结构示意图及左视图所示，燃烧段21由内腔抛光的不锈钢管空心圆柱管211及催化剂装置212组成，燃烧段21内径为176毫米，长2300毫米，其最大风速达120米/秒，可模拟大多数人工作业飞机的飞行速度。催化剂装置212包括拉手2121、座盖2122、导流锥体2123、支撑架2124、定位顶丝2125及催化剂2126，座盖2122与空心圆柱管211上的长方体凸起的内长槽2111形状相吻合，座盖2122上设有橡胶密封圈40，座盖2122与空心圆柱管211是通过空心圆柱管211上凸起的长方体内长槽2111外周的弹簧卡扣拉紧密封。座盖2122下面设置有三个支撑架2124，各支撑架2124均由一连接杆21241与一环形定位环21242连接构成，各定位环21242位于同一水平直线上，催化剂采用焰条2126，焰条2126穿置于各定位环21242上，焰条2126一端与导流锥体2123呈等轴线连接，各定位环21242上分别设置有三个定位顶丝2125，且三个定位顶丝2125呈圆周分布于定位环21242上，导流锥体2123、支撑架2124、定位顶丝2125及焰条2126均设置于空心圆柱管211内，扩散段22为内部抛光的不锈钢管。该扩散段22由左段为空心圆台段221与右段为空心圆柱段222一体构成，与燃烧段21连接的一端直径小于另一端直径，燃烧段21与扩散段22之间通过法兰23连接，燃烧段21、扩散段22与法兰23之间设置有O型密封圈26。空心圆柱段222内径为386.5毫米，长4600毫米，其长度与内径比值大于10以满足气溶胶采样要求。燃烧段21与鼓引风机12的凸出的出气口122之间通过第二硬橡胶管5连接，第二金属卡箍9卡固于第二硬橡胶管5外。扩散段22的另一端与抽吸式稀释器3连接，空心圆柱管211内腔与扩散段22内腔分别与第一、第二皮托管24，25连通；

如图1所示本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞的结构示意图，抽吸式稀释器3包括等速采样头31、采样直管32、稀释腔33、第一空气过滤器34及稀释风机35，采样头31、采样直管32、稀释腔33从左到右依次连接，采样头31伸入扩散段22内，稀释腔33左腔通过第四软管7与第一空气过滤器34连接，第四金属卡箍30卡固于第四软管7外。稀释腔33的右腔通过第三橡胶软管6与稀释风机35固定连接，第三金属卡箍10卡固于第三橡胶软管6外。稀释腔33的右端设有取样口331，该抽吸式稀释器3根据操作的实际情况或采用相应的等速采样头31。

如图4所示本发明的空气过滤器的结构示意图，空气过滤器11包括外壳111、滤芯模块112、密封圈113、压紧滤芯模块的顶丝114及防滤芯模块变形的垫板115，外壳111为空心锥体，其左侧进气口面积大于右侧出气口面积，外壳111左侧连接有滤芯模块112，滤芯模块112与外壳111通过顶丝114连接在一起，外壳111与滤芯模块112之间设置有密封圈113，顶丝114与滤芯模块112之间设置有垫板115。

本发明直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞工作时，各空气过滤器11将吸入的空气过滤净化后得到的洁净空气经离心式鼓引风机12吸入燃烧段21，燃烧段21内的焰条2126点燃，产生的气溶胶粒由燃烧段21吹到扩散段5，由于燃烧段21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，导流锥体2123和长方体凸起的内长槽2111的设计可以有效降低对气流的影响。在燃烧段21和扩散段22上分别用第一皮托管24及第二皮托管25测量气溶胶粒流速动压差，经温度、湿度和马赫数订正后得到真实速度。在扩散段22尾部连接的抽吸式稀释器3，其上通过用叶轮风速表测量该抽吸式稀释器的采样直管32内及稀释风机35出口的流速。在燃烧段21和扩散段22的温度用铂电阻传感器测量风洞气流温度。在扩散段22的湿度用湿敏电阻测量风洞气流湿度。用FSSP采样器在抽吸式稀释器3出口进行采样，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。通过这些结果准确测量该直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞的工作状态，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，可模拟大多数人工作业飞机的飞行速度。可以模拟在机载条件下不同风速时精准测出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。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1、一种直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：该检测风洞包括空气过滤系统(1)、风洞洞体(2)和抽吸式稀释器(3)；

所述空气过滤系统(1)包括若干个空气过滤器(11)及一个无级调速鼓引风机(12)，所述鼓引风机(12)上设有若干个进气口(121)，所述各进气口(121)与各空气过滤器(11)连接，所述鼓引风机(12)上设有一个出气口(122)；

所述风洞洞体(2)包括燃烧段(21)和扩散段(22)，所述燃烧段(21)由空心圆柱管(211)及设置于空心圆柱管(211)内的催化剂装置(212)组成，所述催化剂装置(212)包括拉手(2121)、座盖(2122)、导流锥体(2123)、支撑架(2124)、定位顶丝(2125)及催化剂(2126)，所述座盖(2122)与空心圆柱管(211)上的长槽(2111)形状相吻合，所述座盖(2122)下面设置有一组支撑架(2124)，所述各支撑架(2124)均由一连接杆(21241)与一环形定位环(21242)连接构成，所述各定位环(21242)位于同一水平直线上，所述催化剂(2126)穿置于各定位环(21242)上，所述催化剂(2126)一端与导流锥体(2123)呈同轴线连接，所述各定位环(21242)上分别设置有三个定位顶丝(2125)，且三个定位顶丝(2125)呈圆周分布于定位环(21242)上，所述导流锥体(2123)、支撑架(2124)、定位顶丝(2125)及催化剂(2126)均设置于空心圆柱管(211)内，所述扩散段(22)为空心柱体，扩散段(22)为空心柱体，其一端为直排端，另一端为渐缩口，所述扩散段(22)与燃烧段(21)通过法兰(23)连接，所述燃烧段(21)与鼓引风机(12)连接，所述扩散段(22)的另一端与抽吸式稀释器(3)连接，所述空心圆柱管(211)内腔与所述扩散段(22)内腔分别设计有与第一、第二皮托管(24，25)连通的测速安装口；

所述抽吸式稀释器(3)包括等速采样头(31)、采样直管(32)、稀释腔(33)、第一空气过滤器(34)及稀释风机(35)，所述采样头(31)、采样直管(32)、稀释腔(33)从左到右依次连接，采样头(31)伸入所述扩散段(22)内，所述稀释腔(33)左腔与第一空气过滤器(34)连接，稀释腔(33)的右腔与稀释风机(35)连接；所述稀释腔(33)的右端设有可扩展负压取样口(331)。

2、如权利要求1所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述空气过滤器(11)包括外壳(111)、滤芯模块(112)、密封圈(113)、压紧滤芯模块的顶丝(114)及防滤芯模块变形的垫板(115)，所述外壳(111)为空心锥体，其左侧进气口面积大于右侧出气口面积，所述外壳(111)左侧连接有滤芯模块(112)，所述滤芯模块(112)与外壳(111)通过顶丝(114)连接在一起，所述外壳(111)与滤芯模块(112)之间设置有密封圈(113)，所述顶丝(114)与滤芯模块(112)之间设置有垫板(115)。

3、如权利要求2所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述座盖(2122)与所述空心圆柱管(211)之间设有橡胶密封圈(40)。

4、如权利要求3所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述空气过滤系统(1)的鼓引风机(12)上的各进气口(121)与各空气过滤器(11)之间、所述燃烧段(21)与鼓引风机(12)之间、所述稀释腔(33)与稀释风机(35)之间及所述稀释腔(33)与第一空气过滤器(34)之间分别通过第一橡胶软管、第二硬橡胶管、第三橡胶软管、第四橡胶软管(4，5，6，7)固定连接，所述第一橡胶软管、第二硬橡胶管、第三橡胶软管、第四橡胶软管(4，5，6，7)的外分别有第一、第二、第三、第四金属卡箍(8，9，10，30)。

5、如权利要求4所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述鼓引风机(12)采用离心式风机。

6、如权利要求5所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述燃烧段(21)、扩散段(22)与法兰(23)之间设置有O型密封圈(26)。

7、如权利要求6所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述燃烧段(21)的空心圆柱管(211)为内腔抛光的不锈钢管。

8、如权利要求7所述的直路式无级调速气溶胶的动态检测风洞，其特征在于：所述座盖(2122)上设有橡胶密封圈(10)，其与燃烧段(21)的长槽(2111)密封连接，所述空心圆柱管(211)与催化剂装置(212)之间通过圆柱管(211)的长槽外周的弹簧卡扣拉紧密封。

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