CN105403487B - 获得污染物颗粒在物理场环境下碰并效率的测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种获得污染物颗粒在不同物理场环境下碰并效率的测试方法和测试装置，利用雾化喷头对压缩后的水气混合物进行雾化；水雾经过电场环境获得改性水雾，并通过粒子动态分析仪检测改性水雾的颗粒速度及粒径；关闭雾化喷头开启污染物颗粒产生设备，通过电子低压冲击仪检测污染物颗粒的碰并前颗粒浓度,并检测污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径；打开雾化喷头，使改性水雾在流体测控设备中同污染物颗粒碰并，待碰并物沉降后检测剩余的污染物颗粒的浓度。将电场环境更换成磁场和声场环境后重复上述步骤，并将碰并前与碰并后颗粒浓度进行对比，得出每一种物理场环境下污染物颗粒的碰并效率影响规律曲线，从而为治理空气污染提供有力的依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量设备，特别涉及一种测试水雾在不同物理场环境下对污染物颗粒碰并效率的测试方法及测试装置。
背景技术
随着国内大气污染问题日趋严峻，近年来，国内部分地区频繁出现严重雾霾现象，给城市居民健康带来了较大的威胁，引起了市民的恐慌和广泛关注，可吸入颗粒物目前是我国的城市大气污染的首要污染物。国内外针对气态污染物中的细微颗粒的脱除方法主要集中在微米级干雾抑尘法，这种方法主要通过喷头将水打散成粒径为10微米以下的水雾，水雾对悬浮在空气中的粉尘——特别是直径在5微米以下的可吸入粉尘颗粒进行有效的吸附而聚结成团，受重力作用而沉降，从而达到抑尘作用。
目前国内外对于水雾在不同物理状态下所产生的碰并效率没有比较综合性的研究和测试设备，大部分测试方法和设备都是对水雾在某一种物理特性下除尘碰并效率的测试。如在赵正均等人所发表的对磁化水喷雾降尘机理的认识中，详细阐述了磁化水相对于普通水对除尘效果的影响，并设计了检测磁化水除尘效率的设备；伍勇辉在喷嘴雾化特性及对电除尘性能的影响中详细研究了雾化喷头的喷淋特性对电晕放电的影响，并通过水雾对除尘性能影响实验装置进行了粉煤灰除尘效率试验，得出了水雾荷电对除尘效率的影响规律；陈卓楷通过自制实验设备进行超声水雾降尘效率实验，得到水雾大小对呼吸性粉尘除尘效率的影响比水雾数量更显著，并且采用超声波雾化技术,其产生水雾粒径小,与空气接触面积大,蒸发率高，除尘效率更高等结论。
目前国内外关于不同物理场环境下颗粒碰并的测试方法及测试装置研究较少，为了积极响应国家对于环保的大力倡导，对污染物颗粒的碰并效率的研究变得十分重要，研究出污染物颗粒的碰并效率即能够更好的对空气污染进行处理。本测试方法和装置不仅可以测试不同物理场环境、不同污染物颗粒的碰并效率，还可以测试不同物理场环境、不同污染物颗粒、不同运行参数下的碰并效率，找出各因素对碰并效率影响规律。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有缺陷，提出一种有效的污染物颗粒的碰并效率测量方法和装置，将每一种物理场环境下碰并前颗粒浓度与碰并后颗粒浓度进行对比，得出每一种物理场环境下污染物颗粒的碰并效率，并结合检测出的改性水雾的颗粒速度及粒径、污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径得到碰并效率影响规律曲线，从而为治理空气污染提供有力的实验和科学依据。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法，所述物理场包括电场、磁场和声场，其中所述测试方法包括以下步骤：
S1、利用雾化喷头对经过控制箱压缩后的水气混合物进行雾化获得水雾；
S2、使物理场改变装置形成电场环境，水雾经过所述电场环境获得改变物理特性的改性水雾，并通过粒子动态分析仪检测所述改性水雾的颗粒速度及粒径；
S3、关闭雾化喷头对流体测控设备抽真空后开启污染物颗粒产生设备，向流体测控设备中释放污染物颗粒，通过电子低压冲击仪检测污染物颗粒的碰并前颗粒浓度,并通过粒子动态分析仪检测出污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径；
S4、打开雾化喷头，使改性水雾在流体测控设备中同污染物颗粒碰并，待测控设备中碰并物沉降后，通过电子低压冲击仪检测剩余的污染物颗粒的浓度；以及
S5、将步骤S2中的电场环境依次更换成磁场环境和声场环境后重复步骤S2-S4，并将每一种物理场环境下碰并前颗粒浓度与碰并后颗粒浓度进行对比，得出每一种物理场环境下污染物颗粒的碰并效率，并结合检测出的改性水雾的颗粒速度及粒径、污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径得到碰并效率影响曲线。
可优选的是，步骤S4中污水经过电子低压冲击仪检测后，经过水雾回收设备和净化装置后获得可再次循环使用的水。
可优选的是，步骤S3中所述污染物颗粒包括粉尘颗粒、硫氧化物颗粒、氮氧化物颗粒、碳氧化物颗粒、气溶胶粒子以及燃煤、燃油、燃气或者固态废弃物燃烧时所产生的燃烧物颗粒。
可优选的是，所述物理场改变装置包括用于产生电场的电晕放电荷电器、用于产生磁场的磁场发生器和用于产生声场的声波发生器。
可优选的是，所述电场利用电晕放电荷电器使所述水雾具有电场物理特性的改性水雾，所述磁场利用磁场发生器使所述水雾具有磁场物理特性的改性水雾，所述声场利用声波发生器使所述水雾具有声波物理特性的改性水雾。
可优选的是，所述控制箱调节雾化喷头的运行参数，使雾化喷头所产生的水雾具有的运行参数为：气压0.5-8bar、气流量5-18m3/h、水压0.1-4bar和水流量10-45L/h。
本发明还提供一种获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率的测试装置，包括控制箱和与所述控制箱相连的流体测控设备，所述控制箱的入口与空压机和水泵相连，所述空压机中的空气与所述水泵中的水经过控制箱调节运行参数后在雾化喷头中混合雾化输出，其中：
所述流体测控设备包括壳体、喷头支座、至少一个雾化喷头、物理场改变装置、位于壳体下部的电子低压冲击仪的采样器、抽真空组件以及平行设置在壳体的外表面上的粒子动态分析仪，
所述喷头支座位于所述壳体的顶部并与所述控制箱相连，所述喷头支座与所述雾化喷头连接使从控制箱分别流出的压缩空气和具有压力的水在雾化喷头中混合雾化；
所述物理场改变装置位于壳体中的上部并包括用于产生电场的电晕放电荷电器、用于产生磁场的磁场发生器和用于产生声场的声波发生器；以及
一污染物颗粒产生设备通过管路连接所述流体测控设备，用以向流体测控设备中输送污染物颗粒。
可优选的是，还包括与所述流体测控设备的出口连接的水雾回收设备和净化装置，所述水雾回收设备回收碰并后污水，经过净化装置获得可再次循环使用的水。
可优选的是，所述流体测控设备的壳体为可被粒子动态分析仪的激光穿透测量的透明腔体，透明腔体为光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃或树脂材料。
可优选的是，所述控制箱中设有气流量计、水流量计、气压表和水压表，并配有调节阀和截止阀，通过控制箱的调节实现对雾化喷头的运行参数的调节。
水与空气压缩后经过喷头支座上的雾化喷头进行雾化获得水雾，水雾经过物理场改变装置获得改性水雾并与污染物颗粒碰并，通过电子低压冲击仪测量碰并前后的污染物颗粒浓度，获得污染物颗粒碰并效率,并通过粒子动态分析仪检测出的水雾及污染物颗粒的粒径大小及速度找出碰并效率影响规律。本发明的测试方法其有益效果在于：
第一，可以调节并检测雾化喷头的运行参数，实现对水雾颗粒粒径的改变；
第二，利用本发明设备能够实现污染物颗粒和水雾颗粒的粒径、速度、浓度等数据检测；
第三，通过改变流体测控设备中的物理场环境实现不同场环境下碰并效率的测试；
第四，可以回收测试的污水，经过净化后循环使用，节能环保。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率的测试装置的结构示意图；
图2是本发明的测试方法工艺流程框图；以及
图3是本发明的喷头支座结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的装置结构示意图，如图1所示，本发明的测试装置包括控制箱3和以其相连的流体测控设备4。控制箱3的入口与空压机1和水泵2相连，流体测控设备4包括壳体5、位于壳体5顶部的喷头支座6、位于壳体5中的雾化喷头7、物理场改变装置8、电子低压冲击仪的采样器9、粒子动态分析仪10。雾化喷头7固定在喷头支座6上并位于壳体5中的上方，空压机1、水泵2、控制箱3、喷头支座6和雾化喷头7共同构成水雾喷射装置，其中控制箱3主要用于调节和读取雾化喷头7的运行参数如气压、气流量、水压、水流量等，并可以控制雾化喷头7的开闭。壳体5的中间位置的侧壁上设有污染物入口13，污染物颗粒产生设备15通过管路14与污染物入口13相连通。流体测控设备4的底部与水雾回收设备11和净化装置12相连接。
空压机1与水泵2分别与控制箱3的气进口16和水进口17相连接，用于将空压机1中的空气A和水泵2中的水W输送到控制箱3中并产生一定流体压力。控制箱3中设有气流量计、水流量计、气压表、水压表等测量仪器29，控制箱3的一侧设有气进口16和水进口17，控制箱3的另一侧设有气出口18和水出口19。气进口16、水进口17，气出口18和水出口19配有调节阀和截止阀，通过控制箱3的调节实现对雾化喷头7的运行参数的调节，雾化喷头7产生的水雾21实现气压0.5-8bar、气流量5-18m3/h、水压0.1-4bar、水流量10-45L/h的参数范围调节，从而控制雾化喷头7的水雾粒径的不同。
流体测控设备4为实验测试主要反应场所，在流体测控设备4中，物理场改变装置8镶嵌或安置于壳体5的上部，用于改变水雾21的物理场环境，污染物颗粒产生设备15的出口22通过管路14连入流体测控设备中4，以向流体测控设备4中输送污染物颗粒，电子低压冲击仪的采样器9与壳体侧壁孔连接，用于检测流体测控设备4中污染物颗粒浓度值，粒子动态分析仪10平行放置在流体测控设备4的壳体5的外面，粒子动态分析仪10包括激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别设置在壳体5的外部的两侧，能够产生激光，抽真空组件25设置在壳体5的外壁上用于在需要的时候对壳体5内进行抽真空操作。
喷头支座6设置在壳体5上并与雾化喷头7连接用于在流体测控设备4中产生水雾21。喷头支座6一方面用于固定雾化喷头7，雾化喷头7进行雾化形成水雾21。如图3所示，喷头支座6采用不锈钢材质制成，其包括气体接口41、水接口42、雾化喷头接口43以及固定孔44，固定孔44用于将喷头支座6固定在流体测控设备4上，喷头支座6的气、水进口分别与控制箱3的气出口18和水出口19相连。可优选的是，喷头支座6可以采用内置固定、插入、外嵌等方式与流体测控设备4的壳体5连接，使雾化喷头7置于流体测控设备4内产生水雾21。
物理场改变装置8镶嵌在流体测控设备4的壳体5内或开孔插装，其主要作用为改变流体测控设备4中的物理场环境。雾化喷头7雾化的水雾21经过物理场改变装置8改变物理特性后与一定浓度的污染物颗粒充分混合、碰并。物理场改变装置8位于壳体5中的上部并包括用于产生电场的电晕放电荷电器26、用于产生磁场的磁场发生器27和用于产生声场的声波发生器28。电场利用电晕放电荷电器26使水雾21具有电场物理特性的改性水雾，磁场利用磁场发生器27使水雾21具有磁场物理特性的改性水雾，声场利用声波发生器28使水雾21具有声波物理特性的改性水雾。
粒子动态分析仪10平行放置在流体测控设备4的壳体5的外面，通过激光束照射流体测控设备4中的流场分布，其主要用于对水雾颗粒、污染物颗粒粒径大小及颗粒速度进行检测，粒径尺寸测量范围为0.5-2000μm，准确度与分辨率均为0.5μm，速度测量最大值为300m/s，速度测量精度为1％。为了便于激光束穿过，相应地，壳体5为可被激光穿透测量的透明容腔，材质采用光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃、树脂材料等材料制成。
电子低压冲击仪的采样器9通过流体测控设备4的侧口进入设备中，检测流体测控设备4中污染物颗粒在碰并前和碰并后浓度值。
流体测控设备4底部中心处设有球阀用于排放设备中的污水，污水通过球阀上的连接管路14进入水雾回收设备11，水雾回收设备11主要用于回收实验测试后的污水，并用净化装置12进行净化处理，处理后的污水变为洁净水可再次用于实验测试，达到节能减排的目的。
污染物颗粒产生设备15包括简易燃烧室以及气溶胶发生装置等，主要用于提供实验测试的污染物颗粒23，其出口22连接管路14。管路14在靠近壳体5处设有风扇24，以便加快污染物颗粒流动速度。
图2为本发明提供的一种获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法流程图，如图2所示，本实施例的方法可由图1所示的装置执行，具体步骤为：
S1、利用雾化喷头7对经过控制箱3压缩后的水气混合物进行雾化获得水雾；
S2、使物理场改变装置26形成电场环境，水雾经过电场环境获得改变物理特性的改性水雾，并通过粒子动态分析仪10检测改性水雾的颗粒速度及粒径；
S3、关闭雾化喷头7对流体测控设备4抽真空后开启污染物颗粒产生设备，向流体测控设备4中释放污染物颗粒，通过电子低压冲击仪的采样器9检测污染物颗粒的碰并前颗粒浓度,并通过粒子动态分析仪10检测出污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径；
S4、打开雾化喷头7，使改性水雾在流体测控设备4中同污染物颗粒碰并，待测控设备中碰并物沉降后，通过电子低压冲击仪的采样器9检测剩余的污染物颗粒的浓度；
S5、将步骤S2中的电场环境依次更换成磁场环境和声场环境后重复步骤S2-S4，并将每一种物理场环境下碰并前颗粒浓度与碰并后颗粒浓度进行对比，得出每一种物理场环境下污染物颗粒的碰并效率，并结合检测出的改性水雾的颗粒速度及粒径、污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径得到碰并效率影响曲线。
本发明污染物颗粒在不同物理场环境下的碰并效率的测试方法具体为：
首先将空气和水分别通过空压机1和水泵2进入控制箱3，通过控制箱3调节雾化喷头7测试所需的运行参数(如气压5bar、气流量18m3/h、水压1bar、水流量10L/h)，调节后的水和空气进入与喷头支座6固定在一起的雾化喷头7中，并在流体测控设备4内进行雾化，雾化的水雾根据不同的测试要求通过物理场改变装置8改变水雾的诸如电场物理特性，通过粒子动态分析仪检测纯水雾在不同物理场环境下的颗粒速度及粒径，测试水雾平均速度为V1(m/s)，平均粒径为D1(μm)，测试完后利用控制箱3上的截止阀关闭雾化喷头7的进口停止雾化。对流体测控设备4抽真空后将污染物颗粒产生设备15中的污染物颗粒(如粉尘颗粒)通过小型风扇24导入流体测控设备4中，待环境稳定后，通过电子低压冲击仪(ELPI)的采样器9检测粉尘颗粒浓度分布,并通过粒子动态分析仪(PDA)10检测出粉尘颗粒的速度及粒径。
初始测得的粉尘浓度PM10的质量浓度为WA1(μg/m3)，PM2.5的质量浓度为WA2(μg/m3)，颗粒平均速度为V2(m/s)，平均粒径D2(μm)。通过粒子动态分析仪(PDA)检测纯水雾在不同物理场环境下的颗粒速度及粒径，测试水雾平均速度为V1(m/s)，平均粒径为D1(μm)。
利用控制箱3上的截止阀打开雾化喷头7的进口再次开始雾化，在物理场改变装置8不工作的情况下，水雾通过物理场改变装置8，使未改变物理特性的水雾同粉尘颗粒碰并，测试30s后关闭截止阀，停止雾化，待测试环境稳定即碰并物沉降后通过电子低压冲击仪的采样器9检测碰并后的剩余的污染物颗粒浓度分布，通过粒子动态分析仪10检测出粉尘颗粒的速度及粒径。碰并后测得的粉尘浓度PM10的质量浓度为WB1(μg/m3)，PM2.5的质量浓度为WB2(μg/m3)，颗粒平均速度为V3(m/s)，平均粒径D3(μm)。在开启物理场改变装置8的情况下重复此步骤，测得碰并后的PM10的质量浓度为WC1(μg/m3)，PM2.5的质量浓度为WC2(μg/m3)，颗粒平均速度为V4(m/s)，平均粒径D4(μm)。
通过以上数据，对比(WA1-WB1)、(WA2-WB2)与(WA1-WC1)、(WA2-WC2)得出物理场环境改变时，碰并区域内的粉尘浓度分布的变化规律；对比D1、D2、D3与D1、D2、D4的关系，得出物理场比如电场、磁场和声场环境改变时，水雾与粉尘颗粒碰并后的颗粒变化规律；对比V1、V2、V3与V1、V2、V4的关系，得出物理场环境改变时，水雾与粉尘颗粒碰并后，颗粒速度变化规律。通过改变雾化喷头7的运行参数实现V1和D1的变化，改变污染物产生设备15中的浓度以及小型风扇24的速度实现WA1、WA2、D2、V2的变化，通过以上参数的变化，综合处理分析，找出不同物理场碰并效率的影响规律。即在不同物理场环境下重复上述步骤，将相同物理场环境下的碰并前后数据进行如上分析，将不同物理场环境下的碰并前后的数据进行综合对比分析，结合粉尘浓度的降低率、碰并后颗粒的增大率，得出水雾在通过电场荷电后对粉尘的碰并效率，并通过数据间的关系，找出不同物理场环境下碰并效率综合影响规律。
本发明测试方法和装置不仅可以测试不同物理场环境、不同污染物颗粒的碰并效率，还可以测试不同物理场环境、不同污染物颗粒、不同运行参数下的碰并效率，找出各因素对碰并效率影响规律。综上，本发明具有以下优点：第一，可以调节并检测雾化喷头7的运行参数，实现对水雾21的颗粒粒径改变；第二，能够利用流体测控设备4实现污染物颗粒和水雾颗粒的粒径、速度、浓度等数据检测；第三，通过改变流体测控设备4中的物理场环境、即通过物理场改变装置8通过改变电场、磁场和声场环境实现不同场环境下碰并效率的测试；第四，可以利用水雾回收设备11和净化装置12回收测试后的污水，经过净化后循环使用，节能环保。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法，所述物理场包括电场、磁场和声场，其特征在于：
该测试方法所使用的测试装置包括控制箱和与所述控制箱相连的流体测控设备，所述控制箱的入口与空压机和水泵相连，所述空压机中的空气与所述水泵中的水经过控制箱调节运行参数后在雾化喷头中混合雾化输出，
所述流体测控设备包括壳体、喷头支座、至少一个雾化喷头、物理场改变装置、位于壳体下部的电子低压冲击仪的采样器、抽真空组件以及平行设置在壳体的外表面上的粒子动态分析仪，
所述喷头支座位于所述壳体的顶部并与所述控制箱相连，所述喷头支座与所述雾化喷头连接使从控制箱分别流出的压缩空气和具有压力的水在雾化喷头中混合雾化；
所述物理场改变装置位于壳体中的上部并包括用于产生电场的电晕放电荷电器、用于产生磁场的磁场发生器和用于产生声场的声波发生器；
所述流体测控设备的出口连接有水雾回收设备和净化装置，所述水雾回收设备回收碰并后的污水，经过净化装置获得可再次循环使用的水；
一污染物颗粒产生设备通过管路连接所述流体测控设备，用以向流体测控设备中输送污染物颗粒；
所述测试方法包括以下步骤：
S1、利用雾化喷头对经过控制箱压缩后的水气混合物进行雾化获得水雾；
S2、使物理场改变装置形成电场环境，水雾经过所述电场环境获得改变物理特性的改性水雾，并通过粒子动态分析仪检测所述改性水雾的颗粒速度及粒径；
其中所述物理场改变装置包括用于产生电场的电晕放电荷电器、用于产生磁场的磁场发生器和用于产生声场的声波发生器；
所述电场利用电晕放电荷电器使所述水雾具有电场物理特性的改性水雾，所述磁场利用磁场发生器使所述水雾具有磁场物理特性的改性水雾，所述声场利用声波发生器使所述水雾具有声波物理特性的改性水雾；
S3、关闭雾化喷头对流体测控设备抽真空后开启污染物颗粒产生设备，向流体测控设备中释放污染物颗粒，通过电子低压冲击仪检测污染物颗粒的碰并前颗粒浓度,并通过粒子动态分析仪检测出污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径；
S4、打开雾化喷头，使改性水雾在流体测控设备中同污染物颗粒碰并，待测控设备中碰并物沉降后，通过电子低压冲击仪检测剩余的污染物颗粒的浓度；以及
S5、将步骤S2中的电场环境依次更换成磁场环境和声场环境后重复步骤S2-S4，并将每一种物理场环境下碰并前颗粒浓度与碰并后颗粒浓度进行对比，得出每一种物理场环境下污染物颗粒的碰并效率，并结合检测出的改性水雾的颗粒速度及粒径、污染物颗粒的碰并前颗粒速度及粒径得到碰并效率影响曲线；
步骤S4中剩余的污染物颗粒经过电子低压冲击仪检测后，经过水雾回收设备和净化装置后获得可再次循环使用的水；
所述控制箱调节雾化喷头的运行参数，使雾化喷头所产生的水雾具有的运行参数为：气压0.5-8bar、气流量5-18m3/h、水压0.1-4bar和水流量10-45L/h。
2.根据权利要求1所述的获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法，其特征在于：步骤S3中所述污染物颗粒包括粉尘颗粒。
3.根据权利要求1所述的获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法，其特征在于：所述流体测控设备的壳体为可被粒子动态分析仪的激光穿透测量的透明腔体，透明腔体为光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃或树脂材料。
4.根据权利要求3所述的获得污染物颗粒在物理场环境下的碰并效率测试方法，其特征在于：所述控制箱中设有气流量计、水流量计、气压表和水压表，并配有调节阀和截止阀，通过控制箱的调节实现对雾化喷头的运行参数的调节。
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