CN109696287B - 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 - Google Patents

一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109696287B
CN109696287B CN201811466192.XA CN201811466192A CN109696287B CN 109696287 B CN109696287 B CN 109696287B CN 201811466192 A CN201811466192 A CN 201811466192A CN 109696287 B CN109696287 B CN 109696287B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aerosol
wind tunnel
rain
simulation device
particle size
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.)
Active
Application number
CN201811466192.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109696287A (zh
Inventor
姚仁太
张俊芳
黄莎
徐向军
郭占杰
崔慧玲
李云鹏
吕明华
张新骞
赵多新
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.)
China Institute for Radiation Protection
Original Assignee
China Institute for Radiation Protection
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 China Institute for Radiation Protection filed Critical China Institute for Radiation Protection
Priority to CN201811466192.XA priority Critical patent/CN109696287B/zh
Publication of CN109696287A publication Critical patent/CN109696287A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109696287B publication Critical patent/CN109696287B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明涉及一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,包括设置在风洞内的气溶胶发生装置,设置在风洞试验段的降水模拟装置以及气溶胶粒径与浓度测量装置,所述气溶胶发生装置包括粉尘气溶胶发生器和雾化气溶胶发生器,粉尘气溶胶发生器连接静电气溶胶中和器,雾化气溶胶发生器连接气溶胶扩散干燥器,静电气溶胶中和器和气溶胶扩散干燥器均连接气溶胶排放口,气溶胶排放口位于风洞内降水模拟装置的一侧;解决环境风洞中气溶胶颗粒物的湿沉积模拟问题,可用于气溶胶颗粒物在环境风洞中经湿沉积过程的分布形态、粒径分布、浓度状况等的研究。

Description

一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置
技术领域
本发明涉及环境风洞大气扩散实验模拟领域,尤其是一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置。
背景技术
污染物在环境大气中被稀释扩散的过程,除了受到流体动力过程影响,还会发生干沉积、湿沉积和化学转化过程。对于放射性烟云的扩散模拟,除了关注烟云的传输路径和分布范围,其气溶胶颗粒物发生干沉积或湿沉积到达地面引起的外照射同样也是关注的重要方面。
目前,国内对气载污染物在大气边界层环境风洞中的大气扩散模拟,主要考虑了受风向、风速影响的空气动力学过程,且其技术手段已较成熟;对于同样影响污染物分布的湿沉积这类非扩散过程尚无正对性方法与装置。气溶胶污染物受重力作用或降水等引起的湿沉积过程造成的粒径分布及沉降分布,这些问题如何实现在环境风洞中正确有效的模拟都亟待解决。
紊流中气溶胶颗粒的沉降决定于紊流流场的性质,气溶胶颗粒和空气紊流的相互作用决定了气溶胶颗粒的沉降速度。理论表明,对于特定粒径的气溶胶颗粒而言,近壁面紊流中的连贯结构,如低速轴向流、近壁面主流方向涡旋,脉冲和向下扫略的影响很大。传统研究方法一般采用气溶胶颗粒物质量浓度来定义气溶胶的沉降,但无法给出不同粒径的气溶胶颗粒物在实验系统中的沉降速率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷,提供一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,包括设置在风洞内的气溶胶发生装置,设置在风洞试验段的降水模拟装置以及气溶胶粒径与浓度测量装置,所述气溶胶发生装置包括粉尘气溶胶发生器和雾化气溶胶发生器,粉尘气溶胶发生器连接静电气溶胶中和器,雾化气溶胶发生器连接气溶胶扩散干燥器,静电气溶胶中和器和气溶胶扩散干燥器均连接气溶胶排放口,气溶胶排放口位于风洞内降水模拟装置的一侧;
所述降水模拟装置包括供水系统,喷降系统,扫气系统,回水系统以及控制系统;
所述气溶胶粒径与浓度测量装置包括粒径动态分析仪PDA系统以及气溶胶粒径和浓度实时监控系统。
进一步,所述降水模拟装置的供水系统包括蓄水池,蓄水池内安装水泵,水泵连接供水总管,供水总管上设有流量调节器,压力变送仪,分水器和过滤器。
进一步,所述降水模拟装置的喷降系统包括设置在风洞试验段顶部可拆卸的三组降雨区域,降雨区域由方钢支架安装组成,三组降雨区域均安装多组顶部供水管路,顶部供水管路通过变压阀与供水总管连接,顶部供水管路包括小雨供水管,中雨供水管,大雨供水管以及暴雨供水管,小雨供水管上等间距安装多个小雨喷嘴,中雨供水管上等间距安装多个中雨喷嘴,大雨供水管上等间距安装多个大雨喷嘴,暴雨供水管上等间距安装多个暴雨喷嘴,相邻小雨喷嘴,相邻中雨喷嘴的间隔距离为1m,相邻大雨喷嘴,相邻暴雨喷嘴的间隔距离为1.5m。
进一步,相邻顶部供水管路上小雨喷嘴,中雨喷嘴,大雨喷嘴以及暴雨喷嘴均呈三角形排布。
进一步,所述扫气系统包括与顶部供水管路连接的扫气管路,扫气管路的端部连接压缩机,扫气管路上设有控制阀。
进一步,回水系统包括设置在风洞试验段侧壁面和蓄水池旁的回水管,回水管与蓄水池连接,回水管上设有回水泵,进水管中多余的水通过回水管返回蓄水池中。风洞试验段底部的下壁板上设有开口,下壁板的底部连接管路,将落到地面的雨水排入下水管。
进一步,所述控制系统包括翻斗式雨量传感器,翻斗式雨量传感器连接自动采集器,自动采集器连接MCU微处理器。
进一步,所述粒径动态分析仪PDA系统包括激光器,与激光器连接的分光器,分光器连接第三维发射探头以及二维FiberFlow探头,第三维发射探头连接光电转换器,光电转换器连接BSA处理器。
进一步,所述气溶胶粒径和浓度实时监控系统包括多个等速采样头,等速采样头连接稀释器,稀释器连接激光气溶胶粒径谱仪。
进一步,所述第三维发射探头以及二维FiberFlow探头安装在三维位移系统上。
本发明的有益效果为:本发明可实现在环境风洞中不同形态、不同粒子尺度的气溶胶颗粒物释放,可根据实际需要,模拟不同强度、不同覆盖面积的降雨,可对气溶胶颗粒实现从一维到三维流动速度和粒子浓度的同步实时测量,并可获取气溶胶粒子在风洞中的粒径分布及浓度状态。
本发明可解决环境风洞中气溶胶颗粒物的湿沉积模拟问题,可用于气溶胶颗粒物在环境风洞中经湿沉积过程的分布形态、粒径分布、浓度状况等的研究,可用于不同降雨强度下气溶胶迁移扩散规律的研究。
本发明为湿沉积过程的模拟提供了装置,采用物理模拟的手段进行试验研究,将大大减少在湿沉积方向研究的人力、物力及资金投入。
附图说明
图1为本发明湿沉积模拟装置的试验流程图;
图2为本发明降水模拟装置的系统示意图;
图3为本发明降水模拟装置的三维布置图;
图4为本发明降水模拟装置平面布置图;
图5为本发明风洞顶部喷嘴的整体布局示意图;
图6为本发明的喷嘴三角形布局图;
图7为本发明喷嘴的覆盖范围图;
图8为本发明小雨喷嘴和中雨喷嘴的覆盖范围图;
图9为本发明大雨喷嘴和暴雨喷嘴的覆盖范围图;
图10为本发明降水模拟装置的控制系统示意图;
图11为本发明粒径动态分析仪PDA系统组成图。
具体实施方式
如图1所示,一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,包括设置在风洞内的气溶胶发生装置1,设置在风洞试验段的降水模拟装置2(图2所示)以及气溶胶粒径与浓度测量装置3,所述气溶胶发生装置1包括粉尘气溶胶发生器11和雾化气溶胶发生器12,粉尘气溶胶发生器11连接静电气溶胶中和器13,雾化气溶胶发生器12连接扩散干燥器14,静电气溶胶中和器13和扩散干燥器14均连接气溶胶排放口15,气溶胶排放口15位于风洞内降水模拟装置的一侧;
根据测试需要,系统配备了两种气溶胶发生模式,分别来模拟粉尘类和盐类或者油类气溶胶颗粒物。粉尘气溶胶发生器11用来发生固态气溶胶,主要模拟空气中的粉尘、飞灰或者碳黑颗粒。由于在人工模拟过程中,粉尘气溶胶颗粒物经过摩擦,很容易带上静电,导致气溶胶颗粒物在风洞中传送时容易团聚,以至于改变气溶胶颗粒物的沉降特性。因此粉尘气溶胶发生器配备静电气溶胶中和器13,消除气溶胶表面静电。
雾化气溶胶发生器12用来发生液态气溶胶,主要模拟空气中油滴或盐滴,特别是模拟盐溶液气溶胶时,通过扩散干燥器14进行干燥,以减少气溶胶在输送过程中粒径改变对测试影响。
气溶胶发生过程中主要用到ISO尘。
ISO标准尘:化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、CaO、MgO等;粒径范围为1-120μm。
粉尘气溶胶发生器11是一种通用的干粉气溶胶扩散器。干粉和灰尘的扩散技术包含两个步骤:1)向扩散器持续供料;2)将粉体扩散为气溶胶。粉末定量输送至扩散器的方法就是使用传动钢圈。钢圈宽度即使是在低供料率的情况下仍然可以持续稳定地输送粉末。通过调节送料钢圈的速度,便可轻易地大范围调节输出气溶胶的浓度。当粉末从喷嘴中输出时,在喷嘴口形成的剪切力将团聚的粉末微粒分散开,从而形成气溶胶颗粒。该设备可以通过调节压缩空气压力及流量、刮刀运转速度以及送料皮带的转动速度,便可轻易地大范围调节输出气溶胶的浓度。
粉尘气溶胶的主要技术规格指标为:颗粒类型:非粘性干粉;粒径范围:最大100μm;气溶胶流量:8-20m3/h;粉尘浓度:5.7-1232g/m3(粉尘密度为0.95g/cm3);粉尘质量流量:114-6162g/h(粉尘密度为0.95g/cm3);压缩气源:最大6bar
气溶胶静电中和器:气溶胶流量:1-15m3/h;气溶胶类型:固态或液态气溶胶;粒径范围:0.1-150μm;连接管尺寸:进口8mm,出口14mm;压缩气源:最大8bar;离子化电压:0-10kV;离子化电流:0-150μA
雾化气溶胶发生器基于Laskin原理,雾化液滴、悬浮液及溶液。采用喷嘴技术,能产生非常细小的气溶胶颗粒。压缩空气经过喷嘴时雾化液滴为气溶胶,气流经过液体内部时,大的颗粒被捕集,小的颗粒随气流溢出液体表面成气溶胶。该装置可产生稳定浓度及粒径分布的气溶胶颗粒,输出的气体流量连续可调。
雾化气溶胶发生器的主要技术指标为:适合气溶胶物质:DEHS,PAO,PSL,盐溶液;粒径范围:0.1-2μm;颗粒浓度:>108个/cm3;质量流量:10-240g/h(DEHS);喷嘴数量:4个,分别切换;流量:5-70m3/h;压缩气源:1-5bar
气溶胶扩散干燥器的主要技术指标为:体积流量:最大4L/min;尺寸:70×475mm;干燥剂质量:约830g;连接管尺寸:8mm;硅胶堆积密度:约800kg/m3;硅胶熔点:>1000℃;硅胶颗粒大小:2~5mm。
如图2,图3,图4所示,降水模拟装置2包括供水系统,喷降系统,扫气系统,回水系统以及控制系统;降水模拟装置的供水系统包括蓄水池21,蓄水池21旁安装水泵22,水泵22连接供水总管23,供水总管23上设有流量调节器24,压力变送仪25,分水器26和过滤器27。
如图5至图10所示,降水模拟装置的喷降系统包括设置在风洞试验段顶部可拆卸的三组降雨区域,降雨区域由方钢支架安装组成,三组降雨区域均安装多组顶部供水管路28,顶部供水管路28通过变压阀217与供水总管23连接,顶部供水管路28包括小雨供水管29,中雨供水管210,大雨供水管211以及暴雨供水管212,小雨供水管29上等间距安装多个小雨喷嘴213,中雨供水管210上等间距安装多个中雨喷嘴214,大雨供水管211上等间距安装多个大雨喷嘴215,暴雨供水管212上等间距安装多个暴雨喷嘴216。
喷降系统安装在试验段顶壁上部。喷降系统上的喷嘴喷洒水在风洞内模拟降雨,管路中多余的水通过回水管返回蓄水池中;同时试验段下壁板设置出水口,出水口将形成的雨水从管道排入下水管。当试验不需要模拟降雨时,试验段上的喷嘴将关闭,同时考虑降雨漂移量,故在试验段顶壁板设计三块可拆卸结构,当模拟不同强度降雨时,可将降雨区域放置在三块区域内进行移动。
相邻小雨喷嘴213,相邻中雨喷嘴214的间隔距离为1m,相邻大雨喷嘴215,相邻暴雨喷嘴216的间隔距离为1.5m。
进一步,相邻顶部供水管路28上小雨喷嘴213,中雨喷嘴214,大雨喷嘴215以及暴雨喷嘴216均呈三角形排布。
扫气系统包括与顶部供水管路28连接的扫气管路,扫气管路的端部连接压缩机,扫气管路上设有控制阀。
回水系统包括设置在风洞试验段侧壁面和蓄水池21旁的回水管221,回水管221与所述蓄水池21连接,回水管221上设有回水泵,进水管中多余的水通过回水管221返回蓄水池21中。风洞试验段底部的下壁板上设有开口,下壁板的底部连接管路,将落到地面的雨水排入下水管。
控制系统包括翻斗式雨量传感器218(流量传感器),翻斗式雨量传感器218连接自动采集器219,自动采集器219连接MCU微处理器220。
水泵22从蓄水池21内抽取水源,再经加压泵加压,流经设有稳压装置的管道在设定的高度从喷嘴垂直喷洒出,模拟自然降雨。当雨滴降落在试验体的表面后,翻斗式雨量传感器218通过翻斗的转动,感应脉冲记录终端,可形成雨强实际信号。雨强大小由流量调节器24和压力变送仪25参数设定,雨滴由不同规格的喷嘴(雨滴发生器)决定。降水模拟装置的主要技术指标如下:
1)降雨高度:风洞高度:3.5m;试验件最大高度:30mm;则实际降雨高度:3.2m。
2)降雨面积:45m2
3)降雨类型:小雨/中雨/大雨/暴雨;
4)雨强范围:8~29mm/h,30~59mm/h,60~99mm/h,100~149mm/h;
5)雨滴粒径大小范围:0.8/0.6mm;1.5/1.0mm;3.5/2.0mm;4.5/3.0mm;
6)降雨均匀度:大于85%;
7)降雨测量精度:0.05~0.2mm/h;
8)智能跟踪精度:±0.25mm/h;
9)模拟降雨时最大风速:5m/s;
10)降雨漂移量:水滴在空气中受到阻力、重力、浮力的共同作用,产生雨滴漂移量,确定不同雨滴粒径不同风速是的雨滴轨迹与漂移量;
供水系统为湿沉积模拟系统提供满足工作要求的水源;喷嘴终端结构为降雨终端,通过各类喷嘴,实现各类雨型的模拟;扫气系统对管路进行吹扫,防止积水残留和管路积冰;管路系统是水循环的路径,实现回水和流量调节;控制系统实现降雨调节,并实时监测。
根据降雨面积45㎡和雨强8-180mm/h,降雨分为小雨、中雨、大雨和暴雨四种雨型,并具有不同大小的覆盖半径,如表1。
表1 降雨分类
降雨喷嘴布局:
喷嘴覆盖圆形面积的边界处,雨滴稀薄,因此在布置降雨喷嘴时,应根据不同喷嘴的覆盖半径,适当缩短喷嘴间距,确保降雨的全覆盖。小雨和中雨喷嘴的间隔距离为1m,大雨和暴雨喷嘴的间隔距离为1.5m。降雨喷嘴采取三角形布局,减少降雨范围重复覆盖面积,确保降雨的均匀性,因此所需小雨和中雨喷嘴的数目为39个,大雨和暴雨喷嘴的数目为24个,喷嘴为实心锥形降雨喷嘴;系统的管路系统庞大,喷嘴数量多,为了防止试验后喷嘴残留水滴出,同时防止低温环境下管路发生冰冻,需要配置扫气系统,在试验后对管路中的残水进行吹扫。
为降低用气量,实行分区扫气的方式。扫气管道速度以4m/s计算,压力在0.35MPa,扫气系统用气量约为:300L/min。采用便携式压缩机接入系统管道,实现扫气功能。
湿沉积模拟系统输水管道属于短路程输送,输水用电的经济性问题较小,但是降雨对压力的稳定性要求比较严格。除在水源处采用变频控制稳压外,输水管路的流速控制也会进一步提高管路的压力稳定性。
输水管路短途输送,可认为管路内总压保持不变,主管路送水将流速控制在1.53m/s以下,如表2所示。可以使动压控制在1.602Kpa以下,相对于1.5bar-5bar的供水压力,沿程的速度波动带来的静压变化(约为最小工作压力的1%)是一个小量,三个区域降雨喷嘴的供水压力可以认为是一致的,这样就确保了各区域降雨的稳定性和一致性。
表2 管路参数
管道 尺寸(DN) 最大流量(m3/h) 最大流速(m/s)
主管道 40 8.1 1.79
二级管道 25 2.7 1.5
三级管道 25 0.135 0.1
系统利用压力变送器和变频器组成的自动调速控制系统,进行自动调节电机转速,使喷淋降雨区管道的压力保持在降雨区所设定的恒定压力值,根据压力设定值进行雨量大小调节,稳定设定的雨强,响应速度快,稳定性好,同时节约了大量的电能。在降雨覆盖面积下,安设翻斗式雨量传感器218,连续记录降水量和降水时数。系统可将雨量计的模拟信号转换为数字量,以数字形式显示当前雨量。
通过PC机和PLC通信来监控各参数,系统设置有显示功能,可以显示电压、电流、压力、雨型、雨强大小等参数
系统采用高灵敏度翻斗式雨量传感器218,获得降雨现场实时动态实际降雨强度值,以此实际降雨强度平均为反馈控制信号与实验设定雨强比照,结合新型反馈调控算法在整个降雨期反复无穷逼近设定的雨强值。这样即可自动得到真实、准确、稳定的降雨过程。
降水模拟装置2的设备参数如下:
1)喷嘴
系统选用喷嘴为实心锥形喷嘴,其中,小雨和中雨喷嘴的数目为39个,大雨和暴雨喷嘴的数目为24个,喷嘴为实心锥形降雨喷嘴。实心锥形喷嘴具有以下特性:
实心锥形喷雾形状,产生圆形打击区域;
分布均匀,压力和流量适用范围广;
独特的叶片设计和大流量通道保证了出色的控制和均匀的喷雾分布;
型号可选,帽盖和叶片可以拆卸,便于检修和清理。
所选喷嘴性能指标如表3所示。
表3 喷嘴性能指标
备注:G代表可拆卸帽盖和叶片
2)离心泵(水泵22)
根据供水系统及相关管路,选用1台离心泵,并配置一套变频器,用于控制水泵电机转速,调节供水量和供水压力。选用上不锈钢多级立式离心泵,选用参数点:流量:8m3/h,扬程:90m,功率:5.5kw。
3)电子雨量计
电子雨量计为翻斗式雨量传感器,翻斗式雨量传感器为市面现有产品,雨量微电脑采集器和传输模块构成。雨量采集器具有雨量实时显示、自动记录、实时时间、历史数据纪录,超限报警和数据通讯等功能。翻斗式雨量传感器得到的雨量电信号传输到自动采集器,自动采集器将采集到的雨量值通过有线(RS232或RS485)传输或无线(GPRS)传输,传送给数据中心计算机。
雨量传感器用来测量地面降雨。雨水通过一个表面积为200cm2的接收器,再通过一个过滤斗流入翻斗里,当翻斗流入一定量的雨水后,翻斗翻转,倒空斗里的水,翻斗的另一边又开始接水,翻斗的每次翻转动作通过干簧管转换成脉冲信号(1脉冲=0.1mm降雨量)传输到采集系统,其技术指标如表4所示。
表4 雨量计技术指标
承水口直径 Ф159.6mm(200cm2)
分辨力 0.1mm
测量范围 0-4mm/min
环境温度 0-60℃
重量 3.1kg
进一步,气溶胶粒径与浓度测量装置3包括粒径动态分析仪PDA系统以及气溶胶粒径和浓度实时监控系统。
如图11所示,粒径动态分析仪PDA系统包括激光器31,与激光器31连接的分光器32,分光器32连接第三维发射探头33以及二维FiberFlow探头34,第三维发射探头33连接光电转换器35,光电转换器35连接BSA处理器36。
进一步,气溶胶粒径和浓度实时监控系统包括多个等速采样头,等速采样头连接稀释器38,稀释器38连接激光气溶胶粒径谱仪39。第三维发射探头33以及二维FiberFlow探头34安装在三维位移系统310上。
PDA是干湿沉积粒径测量系统重要的设备,可以借鉴现有的三维FiberPDA技术,在大气边界层风洞中,利用PDA技术可以开展复杂地形污染物扩散规律的研究以及核素迁移相关的粒子沉积、再悬浮规律的研究。该系统利用气溶胶发生装置产生的示踪粒子,并利用粒径动态分析仪PDA对流体的运动规律进行研究,可对粒子尺寸、一维到三维流动速度和粒子浓度进行同步、无接触实时测量。
粒径动态分析仪PDA可对液体流动或气体流动中的球形粒子、液滴或气泡的尺寸、速度和浓度进行实时测量。该设备由发射光路系统、接收光路系统、信号处理系统、全自动一维到三维位移系统、计算机及应用软件组成。
(1)发射光路系统:为传输效率极高并非常易于操控的光路传输器,可高效精确的完成测量所需要的激光束的输出;
(2)接收光路系统:具有两种接收方式的接收光路:FiberPDA前、侧及后向接收方式及DualPDA用于透明粒子的前向接收,可满足各种不同的尺寸测量范围,同时还保证具有很高的分辨率。
(3)信号处理系统:基于FFT技术的信号处理器,运用数字信号处理技术结合光路系统,可完成几乎所有流动的测量。
(4)全自动一维到三维位移系统:由计算机对应用软件进行控制,可提供满足各种应用场合的位移系统以及探头支架组合。
(5)应用软件:可完成几乎所有与流体力学及两相流方面研究所需要的参数计算与显示。
(6)主要技术规格指标:粒子尺寸测量范围为1~10000μm;粒子尺寸测量精度为1%;速度测量范围可根据光路系统的布置达到音速以上或更高;速度测量精度为1%
气溶胶粒径和浓度实时监控装置为干湿沉积模拟系统的配套系统,用于研究风洞内干湿气溶胶的沉降特性,可实时获取风洞内不同测试点沉降气溶胶的粒径分布、浓度状态等物性数据。
气溶胶粒径和浓度实时监控装置主要是通过采集风洞内的气溶胶,并利用气溶胶粒径谱仪,实时给出气溶胶粒径分布图谱及浓度分布,全程监控风洞试验段气溶胶粒径和浓度的变化和分布。另外,为了避免风洞内的气溶胶浓度超过气溶胶粒径谱仪的浓度测量范围,气溶胶粒径和浓度实时监控装置需和气溶胶稀释器配套使用。
气溶胶粒径和浓度实时监控装置由等速采样头、气溶胶稀释器和激光气溶胶粒径谱仪等三部分组成。
(1)等速采样头
等速采样头可确保气溶胶的采样速度与风洞内的气流速度相等,所采集样品能够真实反映风洞内气溶胶的分布情况,以便研究气溶胶沉降特性。其主要技术规格指标:平均流速为0.45m/s。
等速采样头的主要技术指标为:材质:铝制阳极氧化;软管接头:不锈钢;软管接头尺寸:8mm;设计符合标准:DIN EN ISO 14644-3:2006;尺寸:长130mm;平均空气速度:0.45m/s;面积:1047mm2;尺寸:13.6mm*77mm
(2)气溶胶稀释器
气溶胶稀释器与气溶胶粒径谱仪相连接,由气溶胶粒径谱仪提供稀释动力。稀释比是由气溶胶粒径谱仪的测量上限和气溶胶发生器的发尘浓度和风洞管道里颗粒物浓度等因素共同决定,本系统中,系统产生的气溶胶浓度大于107P/cm3,而激光气溶胶粒径谱仪的最佳测量上限是104P/cm3,所以配置的稀释器稀释比达到10倍及以上,以达到测量精度要求的范围。
气溶胶稀释器的主要技术指标为:流量:3L/min;稀释比:1:100,精度:±2%;耐正压:5kPa;精度:±2%
(3)激光气溶胶粒径谱仪
激光气溶胶粒径谱仪基于单一颗粒的光散射的原理,可测量喷雾、灰尘、粉状物等颗粒粒径分布,确定对不同大小颗粒的分级过滤效率。气溶胶粒径谱仪中光学设计使用宽范围的光散射技术,被证实优于其他的测试方法。这种技术尤其适用于高浓度气溶胶中的单颗粒测量。气溶胶粒径谱仪确定了足够小的被测体积,一维激光从垂直于气溶胶动力学的方向上照射,探测器同时垂直激光方向和气溶胶动力学方向,使得整个气溶胶流均被激光通过(激光宽度大于气溶胶截面),无盲区。配套的PASWIN软件,计算并通过曲线和表格实时显示颗粒的各种粒径分布(数量浓度、表面积浓度、体积浓度),可进行资料比较和背景测量及扣除,可进行PM2.5/PM5/PM10计算以及质量浓度输出。
激光气溶胶粒径谱仪的主要技术指标为:粒径范围:0.3~40μm;测量原理:90°光散射多通道脉冲分析;测量流量:3.0L/min;测试浓度:小于104个/cm3;测试通道:128个,或用户自定义;光源:激光二极管,30mW,波长660nm,使用寿命>20000h;环境条件:温度0-60℃,RH 0-90%;标定:通过PSL和DEHS同时标定;串口:RS232或者USB;重量:便携式,不超过10kg。
本发明可实现在环境风洞中不同形态、不同粒子尺度的气溶胶颗粒物释放,可根据实际需要,模拟不同强度、不同覆盖面积的降雨,可对气溶胶颗粒实现从一维到三维流动速度和粒子浓度的同步实时测量,并可获取气溶胶粒子在风洞中的粒径分布及浓度状态。
本发明可解决环境风洞中气溶胶颗粒物的湿沉积模拟问题,可用于气溶胶颗粒物在环境风洞中经湿沉积过程的分布形态、粒径分布、浓度状况等的研究,可用于不同降雨强度下气溶胶迁移扩散规律的研究。
本发明为湿沉积过程的模拟提供了装置,采用物理模拟的手段进行试验研究,将大大减少在湿沉积方向研究的人力、物力及资金投入。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,包括设置在风洞内的气溶胶发生装置,设置在风洞试验段的降水模拟装置以及气溶胶粒径与浓度测量装置,其特征在于,
所述气溶胶发生装置包括粉尘气溶胶发生器和雾化气溶胶发生器,粉尘气溶胶发生器连接静电气溶胶中和器,雾化气溶胶发生器连接气溶胶扩散干燥器,静电气溶胶中和器和气溶胶扩散干燥器均连接气溶胶排放口,气溶胶排放口位于风洞内降水模拟装置的一侧;
所述降水模拟装置设置在风洞试验段顶部,包括供水系统,喷降系统,扫气系统,回水系统以及控制系统;
所述气溶胶粒径与浓度测量装置包括粒径动态分析仪PDA系统以及气溶胶粒径和浓度实时监控系统。
2.根据权利要求1所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述降水模拟装置的供水系统包括蓄水池,蓄水池内安装水泵,水泵连接供水总管,供水总管上设有流量调节器,压力变送仪,分水器和过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述降水模拟装置的喷降系统包括设置在风洞试验段顶部可拆卸的三组降雨区域,降雨区域由方钢支架安装组成,三组降雨区域均安装多组顶部供水管路,顶部供水管路通过变压阀与供水总管连接,顶部供水管路包括小雨供水管,中雨供水管,大雨供水管以及暴雨供水管,小雨供水管上等间距安装多个小雨喷嘴,中雨供水管上等间距安装多个中雨喷嘴,大雨供水管上等间距安装多个大雨喷嘴,暴雨供水管上等间距安装多个暴雨喷嘴,相邻小雨喷嘴,相邻中雨喷嘴的间隔距离为1m,相邻大雨喷嘴,相邻暴雨喷嘴的间隔距离为1.5m。
4.根据权利要求3所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
相邻顶部供水管路上小雨喷嘴,中雨喷嘴,大雨喷嘴以及暴雨喷嘴均呈三角形排布。
5.根据权利要求3所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述扫气系统包括与顶部供水管路连接的扫气管路,扫气管路的端部连接压缩机,扫气管路上设有控制阀。
6.根据权利要求3所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
回水系统包括设置在风洞试验段侧壁面和蓄水池旁的回水管,回水管与蓄水池连接,回水管上设有回水泵,风洞试验段底部的下壁板上设有开口,下壁板的底部连接管路,将落到地面的雨水排入下水管。
7.根据权利要求3所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述控制系统包括翻斗式雨量传感器,翻斗式雨量传感器连接自动采集器,自动采集器连接MCU微处理器。
8.根据权利要求1所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述粒径动态分析仪PDA系统包括激光器,与激光器连接的分光器,分光器连接第三维发射探头以及二维FiberFlow探头,第三维发射探头连接光电转换器,光电转换器连接BSA处理器。
9.根据权利要求1所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述气溶胶粒径和浓度实时监控系统包括多个等速采样头,等速采样头连接稀释器,稀释器连接激光气溶胶粒径谱仪。
10.根据权利要求8所述的一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置,其特征在于,
所述第三维发射探头以及二维FiberFlow探头安装在三维位移系统上。
CN201811466192.XA 2018-12-03 2018-12-03 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 Active CN109696287B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811466192.XA CN109696287B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811466192.XA CN109696287B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109696287A CN109696287A (zh) 2019-04-30
CN109696287B true CN109696287B (zh) 2023-11-24

Family

ID=66230307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811466192.XA Active CN109696287B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109696287B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110044575B (zh) * 2019-05-23 2024-01-26 重庆大学 可模拟移动下击暴流突风效应的风洞
CN110530596B (zh) * 2019-09-27 2024-09-03 国电环境保护研究院有限公司 模拟空气细粒子浓度增长和消退的风洞试验装置和方法
CN111965083B (zh) * 2020-09-17 2024-09-24 青岛市计量技术研究院 一种颗粒物标定系统
CN115032123B (zh) * 2022-03-21 2024-06-25 哈尔滨工程大学 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置
CN114460261A (zh) * 2022-04-12 2022-05-10 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种动态作业起尘规律的模拟方法
CN115096536A (zh) * 2022-06-09 2022-09-23 辽宁工程技术大学 一种显微成像的环境降水风洞及其在健康风险评估的应用
CN115452304A (zh) * 2022-08-25 2022-12-09 中国辐射防护研究院 一种用于大气边界层环境风洞降雨清除系数的测量方法
CN115356075B (zh) * 2022-08-26 2024-08-16 西北核技术研究所 一种用于大气边界层环境风洞干沉积速度的测量方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60151539A (ja) * 1984-01-19 1985-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 煙拡散模型試験方法
CN201159771Y (zh) * 2008-01-22 2008-12-03 陆春雨 翻斗式雨量传感器
CN101433884A (zh) * 2007-11-15 2009-05-20 珠海格力电器股份有限公司 模拟降雨装置
CN102488555A (zh) * 2011-11-24 2012-06-13 北京大学 一种模拟粉尘气溶胶人体暴露的方法及其专用装置
CN102706706A (zh) * 2012-05-16 2012-10-03 清华大学 一种纳米气溶胶发生系统
CN202548039U (zh) * 2012-02-07 2012-11-21 中国科学院地质与地球物理研究所 粉尘沉降实验装置
CN204142464U (zh) * 2014-09-02 2015-02-04 中国人民解放军军事医学科学院军事兽医研究所 一种可模拟自然环境的气溶胶传播试验系统
CN104535268A (zh) * 2014-12-24 2015-04-22 广州精益汽车空调有限公司 一种空调防水密封性测试系统及测试方法
CN205643754U (zh) * 2016-05-20 2016-10-12 国家电网公司 一种翻斗式雨量传感器
CN106017854A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 山东科技大学 一种粉尘环境模拟测量系统
CN106996852A (zh) * 2017-04-20 2017-08-01 苏州科技大学 淋雨试验系统
CN107036778A (zh) * 2017-04-27 2017-08-11 山东科技大学 用于封闭及半封闭空间雾霾环境的实验系统及实验方法
CN207541289U (zh) * 2017-11-29 2018-06-26 江苏南水水务科技有限公司 一种小感量大量程翻斗式雨量传感器

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60151539A (ja) * 1984-01-19 1985-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 煙拡散模型試験方法
CN101433884A (zh) * 2007-11-15 2009-05-20 珠海格力电器股份有限公司 模拟降雨装置
CN201159771Y (zh) * 2008-01-22 2008-12-03 陆春雨 翻斗式雨量传感器
CN102488555A (zh) * 2011-11-24 2012-06-13 北京大学 一种模拟粉尘气溶胶人体暴露的方法及其专用装置
CN202548039U (zh) * 2012-02-07 2012-11-21 中国科学院地质与地球物理研究所 粉尘沉降实验装置
CN102706706A (zh) * 2012-05-16 2012-10-03 清华大学 一种纳米气溶胶发生系统
CN204142464U (zh) * 2014-09-02 2015-02-04 中国人民解放军军事医学科学院军事兽医研究所 一种可模拟自然环境的气溶胶传播试验系统
CN104535268A (zh) * 2014-12-24 2015-04-22 广州精益汽车空调有限公司 一种空调防水密封性测试系统及测试方法
CN205643754U (zh) * 2016-05-20 2016-10-12 国家电网公司 一种翻斗式雨量传感器
CN106017854A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 山东科技大学 一种粉尘环境模拟测量系统
CN106996852A (zh) * 2017-04-20 2017-08-01 苏州科技大学 淋雨试验系统
CN107036778A (zh) * 2017-04-27 2017-08-11 山东科技大学 用于封闭及半封闭空间雾霾环境的实验系统及实验方法
CN207541289U (zh) * 2017-11-29 2018-06-26 江苏南水水务科技有限公司 一种小感量大量程翻斗式雨量传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
人工积污试验系统及绝缘子积污特性;万小东 等;《高电压技术》;20180630;第44卷(第6期);第1861-1869页 *
激光多普勒粒子分析PDA;free没完没了;《百度文库》;20180522;第10-11页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109696287A (zh) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109696287B (zh) 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置
Andronache Estimated variability of below-cloud aerosol removal by rainfall for observed aerosol size distributions
CN205898649U (zh) 一种涂层耐候性试验设备
Neitola et al. New particle formation infrequently observed in Himalayan foothills–why?
Goossens Wind tunnel protocol to study the effects of anti-soiling and anti-reflective coatings on deposition, removal, and accumulation of dust on photovoltaic surfaces and consequences for optical transmittance
Noll et al. Comparison of atmospheric coarse particles at an urban and non-urban site
CN105067773A (zh) 一种无组织粉尘抑尘剂抑尘率测试评价装置及方法
Heintzenberg et al. Aerosol particle number size distributions and particulate light absorption at the ZOTTO tall tower (Siberia), 2006–2009
CN103852405A (zh) 一种分层式颗粒浓度测量装置及方法
Staebler et al. Aerosol size distributions in Arctic haze during the Polar Sunrise Experiment 1992
Wieprecht et al. Cloud physics and cloud water sampler comparison during FEBUKO
CN212722503U (zh) 一种降尘剂降尘效果评价装置
Behie et al. On the efficiency of a venturi scrubber
Schell et al. A two-stage impactor for fog droplet collection: design and performance
CN2626954Y (zh) 输煤系统湿式湍流除尘装置
Murphy et al. Aerosol characteristics at Idaho Hill during the OH photochemistry experiment
CN209911184U (zh) 一种应用白光led光源的颗粒物浓度测量装置
CN116147876A (zh) 一种高速风蚀风洞和全自动风蚀实验系统
US9702801B2 (en) System, apparatus, and method for measuring surface materials
CN112611588A (zh) 一种在线测量除雾器性能的实验装置
CN210332107U (zh) 一种串联除尘器实验台
Rasmussen et al. Wind tunnels for the study of particle transport
CN202710338U (zh) 逆流式自然通风湿式冷却塔雨区阻力模拟试验装置
CN208076173U (zh) 一种湿法烟气脱硫系统除雾器性能测试实验系统
CN205317627U (zh) 一种高精度大气污染实时在线检测仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant