CN102692368A - 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统 - Google Patents

一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102692368A
CN102692368A CN2012101632917A CN201210163291A CN102692368A CN 102692368 A CN102692368 A CN 102692368A CN 2012101632917 A CN2012101632917 A CN 2012101632917A CN 201210163291 A CN201210163291 A CN 201210163291A CN 102692368 A CN102692368 A CN 102692368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gasoloid
motion
visible segments
rectangular channel
narrow rectangular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101632917A
Other languages
English (en)
Inventor
周涛
王泽雷
樊昱楠
汝小龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN2012101632917A priority Critical patent/CN102692368A/zh
Publication of CN102692368A publication Critical patent/CN102692368A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

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。

Description

一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统
技术领域
本发明属于多相流技术领域，具体涉及一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10-5m~10-9m。烟、雾、霾、扬尘等都是气溶胶的各种具体存在形式。在工业生产中，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PDA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测量方式，无法观察全流场整体变化情况。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测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一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。
一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。如图1所示，此系统包括：尾气净化装置1、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分别与冷却水出口端热电偶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20mm×20mm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/h~300g/h。
所述风机8的流量为0m3/h~50m3/h。
所述加热器9的最高加热温度为500℃，最大温升不超过15℃/s。
所述浮子流量计7的测量范围是2m3/h~25m3/h，工作压力需小于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，防止出口压力小于主流压力引起给料倒流。
所述水泵15的扬程为5m。
所述可视段出口端热电偶2、可视段入口端热电偶6、加热器出口端热电偶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℃~500℃，测量精度为0.01℃。
所述的尾气净化装置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口温度；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口温度；加热器出口端热电偶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：该系统是一套综合性系统，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1000mm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测量，连续观测入口段、充分发展段到出口段的流场、温度场等参数的变化，也做到了对运动与沉积规律更全面、更细致的实时观察与测量。
附图说明
图1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-尾气净化装置、2-可视段出口端热电偶、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-冷却水入口端热电偶。
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-螺栓、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一步说明。
如图1所示，此系统包括：尾气净化装置1、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分别与冷却水出口端热电偶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。
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测量；记录浮子流量计7、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工质是气溶胶弥散体。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提供压力喷入主流通道，在加热器出口段与主流空气混合。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净化装置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。测量探头深入流动工质内部，可以测得流动工质的真实温度。

Claims (8)

1.一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，此系统包括：尾气净化装置（1）、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）分别与冷却水出口端热电偶（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。
2.根据权利要求1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，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1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，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1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，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1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，所述气溶胶发生器（11）向主流给料，给料量为2g/h~300g/h。
6.根据权利要求1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，风机（8）的流量为0m3/h~50m3/h。
7.根据权利要求1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，加热器（9）的最高加热温度为500℃，最大温升不超过15℃/s。
8.根据权利要求1所述的一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统，其特征在于，此系统工作压力为0.1MPa~2Mpa，工作温度为0℃~500℃。
CN2012101632917A 2012-05-23 2012-05-23 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统 Pending CN102692368A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101632917A CN102692368A (zh) 2012-05-23 2012-05-23 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012101632917A CN102692368A (zh) 2012-05-23 2012-05-23 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102692368A true CN102692368A (zh) 2012-09-26

Family

ID=46857967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101632917A Pending CN102692368A (zh) 2012-05-23 2012-05-23 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102692368A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103454186A (zh) * 2013-09-04 2013-12-18 华北电力大学 一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统
CN104347125A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 华北电力大学 一种双通道自然循环系统装置
CN104613788A (zh) * 2014-12-23 2015-05-13 哈尔滨工程大学 一种可视化大气式冷凝器
CN105092885A (zh) * 2015-07-27 2015-11-25 华中科技大学 一种火焰气溶胶流速的测量装置和方法
CN107532996A (zh) * 2015-03-27 2018-01-02 皇家飞利浦有限公司 借助热泳来保护光学颗粒传感器免受颗粒沉积
CN107957384A (zh) * 2017-12-21 2018-04-24 华北电力大学 一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置
CN108777178A (zh) * 2018-04-28 2018-11-09 哈尔滨工程大学 一种间距可调的矩形窄通道内chf研究可视化实验装置
CN109920564A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 华北电力大学 一种超临界双螺旋自然循环系统和方法
CN114252376A (zh) * 2021-12-20 2022-03-29 上海交通大学 气溶胶多种单项性迁移机制的试验系统及方法
WO2023030358A1 (zh) * 2021-09-01 2023-03-09 中国核电工程有限公司 安全壳内气溶胶在微通道滞留的实验研究系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07128215A (ja) * 1993-10-29 1995-05-19 Shimadzu Corp 懸濁粒子分析方法および装置
CN202599793U (zh) * 2012-05-23 2012-12-12 华北电力大学 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07128215A (ja) * 1993-10-29 1995-05-19 Shimadzu Corp 懸濁粒子分析方法および装置
CN202599793U (zh) * 2012-05-23 2012-12-12 华北电力大学 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PHILIPP ADOMEIT AND ULRICH RENZ: "Deposition of fine particles from a turbulent liquid flow: experiments and numerical predictions", 《CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE》 *
周涛 等: "矩形管边界层内亚微米颗粒运动热泳规律的实验研究", 《中国电机工程学报》 *
张记刚: "窄通道中细颗粒温度场内运动特性研究", 《华北电力大学 硕士学位论文》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347125A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 华北电力大学 一种双通道自然循环系统装置
CN103454186B (zh) * 2013-09-04 2015-06-24 华北电力大学 一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统
CN103454186A (zh) * 2013-09-04 2013-12-18 华北电力大学 一种颗粒性腐蚀产物在管道内迁移和沉积测量的实验系统
CN104613788A (zh) * 2014-12-23 2015-05-13 哈尔滨工程大学 一种可视化大气式冷凝器
CN107532996B (zh) * 2015-03-27 2020-09-01 皇家飞利浦有限公司 借助热泳来保护光学颗粒传感器免受颗粒沉积
CN107532996A (zh) * 2015-03-27 2018-01-02 皇家飞利浦有限公司 借助热泳来保护光学颗粒传感器免受颗粒沉积
CN105092885A (zh) * 2015-07-27 2015-11-25 华中科技大学 一种火焰气溶胶流速的测量装置和方法
CN105092885B (zh) * 2015-07-27 2018-01-26 华中科技大学 一种火焰气溶胶流速的测量装置和方法
CN107957384A (zh) * 2017-12-21 2018-04-24 华北电力大学 一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置
CN108777178A (zh) * 2018-04-28 2018-11-09 哈尔滨工程大学 一种间距可调的矩形窄通道内chf研究可视化实验装置
CN108777178B (zh) * 2018-04-28 2021-05-11 哈尔滨工程大学 一种间距可调的矩形窄通道内chf研究可视化实验装置
CN109920564A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 华北电力大学 一种超临界双螺旋自然循环系统和方法
CN109920564B (zh) * 2019-03-08 2021-04-23 华北电力大学 一种超临界双螺旋自然循环系统和方法
WO2023030358A1 (zh) * 2021-09-01 2023-03-09 中国核电工程有限公司 安全壳内气溶胶在微通道滞留的实验研究系统及方法
CN114252376A (zh) * 2021-12-20 2022-03-29 上海交通大学 气溶胶多种单项性迁移机制的试验系统及方法
CN114252376B (zh) * 2021-12-20 2022-11-08 上海交通大学 气溶胶多种单项性迁移机制的试验系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102692368A (zh) 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统
Ai et al. Computational analysis of conjugate heat transfer and particulate deposition on a high pressure turbine vane
Sørhuus et al. Pot gas heat recovery and emission control
CN103278434B (zh) 测量高温气冷堆一回路管道中石墨粉尘浓度的装置及方法
CN112169496B (zh) 一种受限空间智能精准喷雾降尘系统及方法
CN109696287B (zh) 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置
CN113654851B (zh) 一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法
CN103594128A (zh) 反应堆第4级自动降压系统喷放卸压模拟实验装置及方法
CN202599793U (zh) 一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统
CN105070335A (zh) 测量高温高压含尘气流中器件壁面粉尘沉积特性的装置
Li et al. Multi-objective optimization of axial-flow-type gas-particle cyclone separator using response surface methodology and computational fluid dynamics
CN103854712B (zh) 测量石墨粉尘颗粒起尘的装置和方法
Tian et al. Influence of aerodynamic pressure on dust removal by supersonic siphon atomization
CN204613055U (zh) 一种能够检测颗粒过滤器过滤效率和压降的装置
CN204594847U (zh) 燃煤发电厂湿烟气颗粒物浓度连续在线测量的装置
Song Numerical analysis on the effects of water spraying on cooling tower evaporation and drift
CN207086108U (zh) 一种定型机的循环用气装置
CN205719873U (zh) 一种颗粒物沉积路径实验台
Yadav et al. Development of a high temperature facility for study of aerosol emission behavior of combustible materials
Hidayat et al. Optimization of effectiveness in radiator straight fin type with flat tube angle variation
CN111044400B (zh) 高灰低温烟气下中间介质管式换热器加速冲蚀磨损试验装置
Ruichang et al. Kinematic characteristics and thermophoretic deposition of inhalable particles in turbulent duct flow
Wang et al. Particle deposition in ventilation duct with convex or concave wall cavity
Chen et al. Study on inertial capture of micron and submicron aerosol particles flowing through the corrugated falling-film channel
Casaday et al. Particle Deposition in Internal Cooling Cavities of a Nozzle Guide Vane: Part II—Analytical and Computational Modeling

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120926