CN111426543A - 一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置及生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置及其生长方法，包括气溶胶流场管道、调节段、生长段，调节段的一端与生长段的一端连接，气溶胶流场管道依次贯穿通过调节段和生长段。通过调节段、隔热段和生长段的设置使得气溶胶粒子得到适宜的温湿度并增加了其生长效率；本发明的气溶胶粒子生长装置通过外部液泵控制水流沿着螺旋倒三角水流轨道流动并通过多孔介质渗流，为气溶胶气流均匀提供水源和水蒸气，保证气溶胶气流和水独立流动，从而增加了调节段良好的温湿度环境。采用通孔率高达98％的泡沫铜作为多孔介质材料对水流进行引流并向流场提供水蒸气，可以保证在实验过程中气、液独立流动，不会吸收流场内的气溶胶也不会向流场释放杂质。
Description
技术领域
本发明涉及气溶胶颗粒生长技术领域，特别涉及一种气溶胶生长装置及生长方法。
背景技术
气溶胶由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，又称气体分散体系，其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100μm，其分散介质为气体。气溶胶浓度与环境质量和健康息息相关，为检测出气溶胶浓度，需要对气溶胶进行冷凝生长处理，使气溶胶生长到可以进行光学检测的尺寸。
气溶胶粒子生长过程与生长区的流场有很大关系，在气溶胶粒子生长过程中，当用水作为气溶胶生长介质时，需要让气溶胶气流加湿均匀。针对这一问题，本发明提出一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置及生长方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置及其生长方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，包括气溶胶流场管道、调节段、生长段，调节段的一端与生长段的一端连接，气溶胶流场管道依次贯穿通过调节段和生长段。以上技术方案中，气溶胶粒子气流进入气溶胶流场管道并经过调节段进行温湿度调节之后再进入生长段进行生长，在生长段中气溶胶凝结核粒子在一定的过饱和度下吸收周围蒸汽体积进行生长，最后从生长段进入外部外部光学检测装置，从而使得气溶胶气流生长环境的温湿度更加适宜。
作为优选，本发明的气溶胶均匀加湿凝结核生长装置还包括隔热段，隔热段设在调节段与生长段之间。以上技术方案中，隔热段将调节段和生长段分隔，降低了调节段与生长段之间的相互影响作用。
作为优选，调节段包括第一导热板、设在第一导热板一端的第一进水口、设在第一导热板另一端的第一出水口、设在第一导热板内并设在气溶胶流场管道外围的第一螺旋倒三角水流轨道、设在第一导热板内并设在气溶胶流场管道内壁的第一多孔介质，第一导热板通过隔热段与生长段连接。以上技术方案中，通过对第一导热板升温或者降温，从而可以对第一导热板内的气溶胶流场管道进行升温或者降温，从而调节第一导热板内的气溶胶粒子气流的温度。外部液泵控制水流沿着第一螺旋倒三角水流轨道流动并通过第一多孔介质渗流，从而为气溶胶气流均匀提供水源和水蒸气，保证气溶胶气流和水独立流动，从而增加了调节段良好的温湿度环境。
作为优选，第一进水口和第一出水口均连通有第一暂存装置，第一暂存装置设在第一导热板内。以上技术方案中，通过第一暂存装置实现调节段内水流的暂存及循环使用功能。
作为优选，生长段包括第二导热板、设在第二导热板一端的第二进水口、设在第二导热板另一端的第二出水口、设在第二导热板内并设在气溶胶流场管道外围的第二螺旋倒三角水流轨道、设在第二导热板内并设在气溶胶流场管道内壁的第二多孔介质，第一导热板通过隔热段与第二导热板连接。以上技术方案中，通过对第二导热板升温或者降温，从而可以对第二导热板内的气溶胶流场管道进行升温或者降温，从而调节第二导热板内的气溶胶粒子气流的温度。外部液泵控制水流沿着第二螺旋倒三角水流轨道流动并通过第二多孔介质渗流，从而为气溶胶气流均匀提供水源和水蒸气，保证气溶胶气流和水独立流动，从而增加了生长段良好的温湿度环境。第一导热板和第二导热板均为多孔导热板，增加了第一导热板和第二导热板的导热性能。
作为优选，第二进水口和第二出水口均连通有第二暂存装置，第二暂存装置设在第二导热板内。以上技术方案中，通过第二暂存装置实现生长段内水流的暂存及循环使用功能。
作为优选，第一多孔介质和第二多孔介质均包括泡沫铜；第一导热板和第二导热板上均设有温度传感器插口。以上技术方案中，多孔介质材料选用通孔率98％以上的泡沫铜，第一多孔介质和第二多孔介质分别与第一螺旋倒三角水流轨道和第二螺旋倒三角水流轨道紧贴，确保水流可以完全浸湿第一多孔介质和第二多孔介质，继而向气溶胶流场管道提供充足的湿度。通过温度传感器插口可以方便地测量第一导热板和第二导热板内的温度，从而根据所测温度对第一导热板和第二导热板进行温度调节，从而调节气溶胶粒子气流温度。
本专利还公开了一种气溶胶凝结核生长方法，应用于一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：包括以下步骤：气溶胶气流进入第一导热板内的气溶胶流场管道并受到降温加湿处理，然后通过隔热段进入第二导热板内的气溶胶流场管道并受到加热加湿处理，待第二导热板内的气溶胶流场管道内的气溶胶气流湿度达到过饱和并完成冷凝生长之后，气溶胶气流进入外部光学检测装置。
作为优选，气溶胶气流进入第一导热板内的气溶胶流场管道中受到降温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第一导热板制冷，第一导热板降温后对气溶胶流场管道降温处理，此时外界液泵控制水流从第一进水口进入第一导热板，水流沿着第一多孔介质渗流至第一出水口并为气溶胶流场管道提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并通过隔热段进入第二导热板内的气溶胶流场管道；外界液泵还控制水流暂存在第一暂存装置内用于水流的补充渗流及水循环。
作为优选，气溶胶气流进入第二导热板内的气溶胶流场管道中受到加温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第二导热板加热，第二导热板升温后对气溶胶流场管道加温处理，此时外界液泵控制水流从第二进水口进入第二导热板，水流沿着第二多孔介质渗流至第二出水口并为气溶胶流场管道提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并进入外部光学检测装置；外界液泵还控制水流暂存在第二暂存装置内用于水流的补充渗流及水循环。进一步地，在CFD仿真软件中仿真得到调节段中的气溶胶流场管道内的相对湿度分布云图，以及仿真得到生长段中的气溶胶流场管道内的过饱和度分布云图符合预定值，则说明流场内加湿均匀。
本发明具有的有益效果是：
1、通过调节段、隔热段和生长段的设置使得气溶胶粒子得到适宜的温湿度并增加了其生长效率；
2、选用通孔率高达98％的泡沫铜作为多孔介质材料对水流进行引流并向流场提供水蒸气，可以保证在实验过程中气、液独立流动，不会吸收流场内的气溶胶也不会向流场释放杂质；
3、通过设置循环倒三角水流轨道以及暂存装置，确保源源不断向多孔介质材料泡沫铜提供足够水源，同时降低水流冲力，避免水流过急穿过多孔介质材料泡沫铜。
附图说明
图1是本发明的气溶胶生长装置的结构示意图；
图2是本发明的气溶胶生长装置的剖面结构示意图；
图3是图2中A处的放大结构示意图；
图4是图2中B处的放大结构示意图。
图中：1、气溶胶流场管道，2、调节段，21、第一导热板，22、第一进水口，23、第一出水口，24、第一螺旋倒三角水流轨道，25、第一多孔介质，26、第一暂存装置，3、生长段，31、第二导热板，32、第二进水口，33、第二出水口，34、第二螺旋倒三角水流轨道，35、第二多孔介质，36、第二暂存装置，4、隔热段，5、温度传感器插口。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例一：
如图1-4所示，本实施例的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，包括气溶胶流场管道1、调节段2、生长段3，调节段2的一端与生长段3的一端连接，气溶胶流场管道1依次贯穿通过调节段2和生长段3。
本实施例中，一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置还包括隔热段4，隔热段4设在调节段2与生长段3之间。
本实施例中，调节段2包括第一导热板21、设在第一导热板21一端的第一进水口22、设在第一导热板21另一端的第一出水口23、设在第一导热板21内并设在气溶胶流场管道1外围的第一螺旋倒三角水流轨道24、设在第一导热板21内并设在气溶胶流场管道1内壁的第一多孔介质25，第一导热板21通过隔热段4与生长段3连接。
本实施例中，第一进水口22和第一出水口23均连通有第一暂存装置26，第一暂存装置26设在第一导热板21内。
本实施例中，生长段3包括第二导热板31、设在第二导热板31一端的第二进水口32、设在第二导热板31另一端的第二出水口33、设在第二导热板31内并设在气溶胶流场管道1外围的第二螺旋倒三角水流轨道34、设在第二导热板31内并设在气溶胶流场管道1内壁的第二多孔介质35，第一导热板21通过隔热段4与第二导热板31连接。
本实施例中，第二进水口32和第二出水口33均连通有第二暂存装置36，第二暂存装置36设在第二导热板31内。
本实施例中，第一多孔介质25和第二多孔介质35均包括泡沫铜；第一导热板21和第二导热板31上均设有温度传感器插口5。
实施例二：
本实施例中的一种气溶胶粒子生长方法，应用于实施例一中的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：包括以下步骤：气溶胶气流进入第一导热板21内的气溶胶流场管道1并受到降温加湿处理，然后通过隔热段4进入第二导热板31内的气溶胶流场管道1并受到加热加湿处理，待第二导热板31内的气溶胶流场管道1内的气溶胶气流湿度达到过饱和并完成冷凝生长之后，气溶胶气流进入外部光学检测装置。
本实施例中，气溶胶气流进入第一导热板21内的气溶胶流场管道1中受到降温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第一导热板21制冷，第一导热板21降温后对气溶胶流场管道1降温处理，此时外界液泵控制水流从第一进水口22进入第一导热板21，水流沿着第一多孔介质25渗流至第一出水口23并为气溶胶流场管道1提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并通过隔热段4进入第二导热板31内的气溶胶流场管道1；外界液泵还控制水流暂存在第一暂存装置26内用于水流的补充渗流及水循环。
本实例中，气溶胶气流进入第二导热板31内的气溶胶流场管道1中受到加温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第二导热板31加热，第二导热板31升温后对气溶胶流场管道1加温处理，此时外界液泵控制水流从第二进水口32进入第二导热板31，水流沿着第二多孔介质35渗流至第二出水口33并为气溶胶流场管道1提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并进入外部光学检测装置；外界液泵还控制水流暂存在第二暂存装置36内用于水流的补充渗流及水循环。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在不改变本发明的创造内容下进行简单的置换均视为相同的创造。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：包括气溶胶流场管道(1)、调节段(2)、生长段(3)，调节段(2)的一端与生长段(3)的一端连接，气溶胶流场管道(1)依次贯穿通过调节段(2)和生长段(3)。
2.根据权利要求1所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：还包括隔热段(4)，隔热段(4)设在调节段(2)与生长段(3)之间。
3.根据权利要求2的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：调节段(2)包括第一导热板(21)、设在第一导热板(21)一端的第一进水口(22)、设在第一导热板(21)另一端的第一出水口(23)、设在第一导热板(21)内并设在气溶胶流场管道(1)外围的第一螺旋倒三角水流轨道(24)、设在第一导热板(21)内并设在气溶胶流场管道(1)内壁的第一多孔介质(25)，第一导热板(21)通过隔热段(4)与生长段(3)连接。
4.根据权利要求3所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：第一进水口(22)和第一出水口(23)均连通有第一暂存装置(26)，第一暂存装置(26)设在第一导热板(21)内。
5.根据权利要求3或4所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：生长段(3)包括第二导热板(31)、设在第二导热板(31)一端的第二进水口(32)、设在第二导热板(31)另一端的第二出水口(33)、设在第二导热板(31)内并设在气溶胶流场管道(1)外围的第二螺旋倒三角水流轨道(34)、设在第二导热板(31)内并设在气溶胶流场管道(1)内壁的第二多孔介质(35)，第一导热板(21)通过隔热段(4)与第二导热板(31)连接。
6.根据权利要求5所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：第二进水口(32)和第二出水口(33)均连通有第二暂存装置(36)，第二暂存装置(36)设在第二导热板(31)内。
7.根据权利要求6所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：第一多孔介质(25)和第二多孔介质(35)均包括泡沫铜；第一导热板(21)和第二导热板(31)上均设有温度传感器插口(5)。
8.一种气溶胶凝结核生长方法，应用于根据权利要求7所述的一种气溶胶均匀加湿凝结核生长装置，其特征在于：包括以下步骤：气溶胶气流进入第一导热板(21)内的气溶胶流场管道(1)并受到降温加湿处理，然后通过隔热段(4)进入第二导热板(31)内的气溶胶流场管道(1)并受到加热加湿处理，待第二导热板(31)内的气溶胶流场管道(1)内的气溶胶气流湿度达到过饱和并完成冷凝生长之后，气溶胶气流进入外部光学检测装置。
9.根据权利要求8所述的一种气溶胶粒子生长方法，其特征在于：气溶胶气流进入第一导热板(21)内的气溶胶流场管道(1)中受到降温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第一导热板(21)制冷，第一导热板(21)降温后对气溶胶流场管道(1)降温处理，此时外界液泵控制水流从第一进水口(22)进入第一导热板(21)，水流沿着第一多孔介质(25)渗流至第一出水口(23)并为气溶胶流场管道(1)提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并通过隔热段(4)进入第二导热板(31)内的气溶胶流场管道(1)；外界液泵还控制水流暂存在第一暂存装置(26)内用于水流的补充渗流及水循环。
10.根据权利要求9所述的一种气溶胶粒子生长方法，其特征在于：气溶胶气流进入第二导热板(31)内的气溶胶流场管道(1)中受到加温加湿处理的方法包括以下步骤：外界温控装置对第二导热板(31)加热，第二导热板(31)升温后对气溶胶流场管道(1)加温处理，此时外界液泵控制水流从第二进水口(32)进入第二导热板(31)，水流沿着第二多孔介质(35)渗流至第二出水口(33)并为气溶胶流场管道(1)提供湿度，同时气溶胶气流带走部分水蒸气并进入外部光学检测装置；外界液泵还控制水流暂存在第二暂存装置(36)内用于水流的补充渗流及水循环。
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