CN111458268A - 一种用于观察液滴在滤网上分布的装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于观察液滴在滤网上分布的装置及其使用方法，装置包括气溶胶发生器、缓冲箱、观测装置、真空泵；观测装置包括上部外壳、下部外壳和可拆卸夹具；上部外壳、下部外壳的两端通过可拆卸夹具固定形成密封空腔，能够将测试滤网夹设在上部外壳、下部外壳之间；上部外壳、下部外壳内壁上分别设置有紫外灯，用于通过紫外光线固化液滴；上部外壳、下部外壳上分别开设有气体流通孔、循环孔；上部外壳的循环孔与下部外壳的循环孔通过气体循环泵连通；上部外壳的气体流通孔与连接至气溶胶发生器的缓冲箱相连通，下部外壳的气体流通孔与真空泵连通；上部外壳上设置有透明的观察窗口，用于通过显微镜物镜对测试滤网上的液滴的分布进行观察。
Description
技术领域
本发明属于细颗粒过滤材料技术领域，特别涉及一种用于观察液滴在滤网上分布的装置及其使用方法。
背景技术
在一些工业过程中（机械雾化、燃油雾化、冷凝蒸发、金属切割等）也会产生大量的油颗粒，散发到周围环境随通风设备排除到大气环境或进入室内空间。工业过程产生的油颗粒物具有粒径小、数量多等特点。这些油颗粒物排放到大气中会和空气中的氮氧化物发生光化学反应，形成光化学烟雾，造成严重的二次污染，或者进入室内环境，对人体的生命健康安全造成了极大的威胁。流行病学研究表明悬浮于空气中的油颗粒物不利于身体健康，引起如肺癌、鼻炎、肺功能衰竭等病症。
过滤技术是传统处理技术的一种，应用于通风设备或管道末端对空气进行净化，具有系统简单，维护成本低等特点，能很好的适用于油颗粒物的排放控制和空气净化。由于液体的流动性，液滴被拦截到滤网上后的分布对滤网的过滤性能有很大的影响。因此，观测液滴在滤网的分布和流动规律对研究滤网对油颗粒的过滤性能有重要的意义。
在常规的油颗粒过滤实验中观测液滴在滤网上的分布和流需要停止过滤实验，取出滤网在显微镜甚至电镜下进行观测。然而，滤网的主体是纤维材料组建而成三维孔隙结构，当停止过滤实验之后，由于毛细作用力存在，导致滤网上拦截的液滴重新分布，无法准确观测液滴在滤网上的分布形态。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于观察液滴在滤网上分布的装置及其使用方法，能够克服纤维滤网毛细作用观察液滴在滤网上分布。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种用于观察液滴在滤网上分布的装置，包括气溶胶发生器、缓冲箱、观测装置、真空泵；
所述观测装置包括上部外壳、下部外壳和可拆卸夹具；
所述上部外壳、下部外壳的两端分别通过可拆卸夹具固定形成密封空腔，且能够将测试滤网夹设在上部外壳、下部外壳之间，密封空腔被测试滤网分隔开来；
上部外壳、下部外壳朝向测试滤网的内壁上分别设置有紫外灯，用于通过紫外光线固化液滴；
上部外壳、下部外壳上分别开设有气体流通孔、循环孔；
上部外壳的循环孔与下部外壳的循环孔通过气体循环泵连通，用于模拟真实气流环境；
上部外壳的气体流通孔与连接至气溶胶发生器的缓冲箱相连通，下部外壳的气体流通孔与真空泵连通；
所述上部外壳上设置有透明的观察窗口，用于显微镜物镜通过观察窗口对测试滤网上的液滴的分布进行观察。
在一些实施例中，所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，还包括空气干燥器、高效过滤网、转子流量计、压力计，所述空气干燥器的进口与压缩空气连通，出口依次通过高效过滤网、转子流量计、压力计连通至气溶胶发生器，用于产生实验观察所需的油雾。
在一些实施例中，所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，还包括显微镜物镜、电脑、CCD相机；所述显微镜物镜与CCD相机连接，CCD相机连接至电脑，用于通过CCD相机、电脑观察、记录滤网上固化液滴的分布和流动。
在一些实施例中，所述高效过滤网为玻璃纤维过滤网，过滤精度达到HEPA等级；
所述转子流量计的量程为气溶胶发生器的最大流量的1.2倍；
所述压力计的量程为气溶胶发生器的最大工作压力的2倍。
在一些实施例中，所述气溶胶发生器采用Laskin喷头，最大工作流量60 L/min，最大工作压力0.2 MPa。
所述气体循环泵和真空泵的流量选取根据测试滤网的尺寸和测试气流速度，两者的流量一致。
在一些实施例中，所述观察窗口的材质为光学玻璃镜片；
所述紫外灯发射的光波长为365 nm。
第二方面，提供一种用于观察液滴在滤网上分布的装置的使用方法，包括：
松开可拆卸夹具，将测试滤网置于观测装置的上部外壳和下部外壳中间，收紧可拆卸夹具后进行测试实验；
打开压缩空气，通过空气干燥器和高效过滤网进行干燥和过滤后，转子流量计调节额定流量和压力计调节压缩空气压力进入气溶胶发生器，产生用于实验观察所需的油雾；
由气溶胶发生器产生的油雾，进入缓冲箱，在气溶胶发生器工作的同时打开真空泵，从缓冲箱抽取油雾，进入观测装置；
在真空泵开启抽取的过程中，气体循环泵和紫外灯处于停止状态，显微镜物镜、电脑、CCD相机处于关闭状态；
当真空泵抽取一定时间后，关闭压缩空气和真空泵，同时打开气体循环泵和紫外灯，显微镜物镜、CCD相机开启，通过电脑观察并记录滤网上固化液滴的分布和流动。
在一些实施例中，所述的使用方法，产生的油雾颗粒粒径分布范围为40 nm-10 μm，峰值粒径0.21μm。
所述的使用方法，所述气溶胶发生器采用与食用油物性参数接近的紫外光固化胶NOA系列作为气溶胶发生源。
有益效果：本发明提供的用于观察液滴在滤网上分布的装置及其使用方法，能够克服三维结构对液滴的毛细作用力，准确观测液滴在纤维滤网上的分布。
附图说明
图1为实施例的装置示意图；
图中：1、空气干燥器；2、高效过滤网；3、转子流量计；4、压力计；5、气溶胶发生器；6、缓冲箱；7、气体循环泵；8、观测装置；9、显微镜物镜；10、电脑；11、真空泵；12、CCD相机；13、测试滤网；81、紫外灯；82、观察窗口；83、可拆卸夹具；84、气体流通孔；85、循环孔；86、上部外壳；87、下部外壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，一种克服纤维滤网毛细作用用于观察液滴在滤网上分布的装置，包括：空气干燥器1、高效过滤网2、转子流量计3、压力计4、气溶胶发生器5、缓冲箱6、气体循环泵7、观测装置8、显微镜物镜9、电脑10、真空泵11、CCD相机12、测试滤网13；
观测装置8包括紫外灯81、观察窗口82、可拆卸夹具83、气体流通孔84、循环孔85、上部外壳86和下部外壳87；
上部外壳86、下部外壳87的两端分别通过可拆卸夹具83固定形成密封盒状结构，且能够将测试滤网13夹设在上部外壳86、下部外壳87之间，密封空腔被测试滤网13分隔开来；
上部外壳86、下部外壳87朝向测试滤网13的内壁上分别设置有紫外灯81，上部外壳86、下部外壳87上分别开设有气体流通孔84、循环孔85；
上部外壳86、下部外壳87朝向测试滤网13的内壁上分别设置有紫外灯81，用于通过紫外光线固化液滴；
上部外壳86、下部外壳87上分别开设有气体流通孔84、循环孔85；
上部外壳86的循环孔85与下部外壳87的循环孔85通过气体循环泵7连通，用于模拟真实气流环境；
上部外壳86的气体流通孔84与缓冲箱6相连通，下部外壳87的气体流通孔84通过高效过滤网2与真空泵11连通。
所述上部外壳86上设置有透明的观察窗口82，用于显微镜物镜9通过观察窗口82对测试滤网13上的液滴的分布进行观察。
在一些实施例中，所述装置还包括空气干燥器1、高效过滤网2、转子流量计3、压力计4，所述空气干燥器1的进口与压缩空气连通，出口依次通过高效过滤网2、转子流量计3、压力计4连通至气溶胶发生器5，用于产生实验观察所需的油雾。
在一些实施例中，所述装置还包括显微镜物镜9、电脑10、CCD相机12；所述显微镜物镜9与CCD相机12连接，CCD相机12连接至电脑10，用于通过CCD相机12和电脑10观察、记录滤网上固化液滴的分布和流动。
在一些实施例中，所述气溶胶发生器3采用Laskin喷头，最大工作流量60 L/min，最大工作压力0.2 MPa。
在一些实施例中，高效过滤网2优选HEPA过滤网，过滤精度达到等级；转子流量计3的量程优选80 L/min；压力计4的量程优选0.4 Mpa。
在一些实施例中，气体循环泵7和真空泵3的流量一致；观察窗口82优选光学玻璃镜片；紫外灯81优选波长365 nm。
上述装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤（1）：松开可拆卸夹具83，将测试滤网13置于观测装置的上部外壳86和下部外壳87中间，收紧可拆卸夹具83后进行测试实验；
步骤（2）：打开压缩空气，通过空气干燥器1和高效过滤网2进行干燥和过滤后，转子流量计3调节额定流量和压力计4调节压缩空气压力进入气溶胶发生器5，产生用于实验观察所需的油雾；
步骤（3）：由气溶胶发生器5产生的油雾，进入缓冲箱6，在气溶胶发生器工作的同时打开真空泵11，从缓冲箱6抽取油雾，进入观测装置8；
步骤（4）：在真空泵开启抽取的过程中，气体循环泵7和紫外灯81处于停止状态，显微镜物镜9、电脑10、CCD相机12处于关闭状态。
步骤（5）：当真空泵抽取一定时间后，关闭压缩空气和真空泵11，同时打开气体循环泵7和紫外灯81，显微镜物镜9、CCD相机12开启，电脑10观察并记录滤网上固化液滴的分布和流动。
优选紫外光固化胶NOA61作为气溶胶发生源，当调整真空泵抽取时间以及更换测试滤网后，需要重新进行步骤（1）-步骤（5）进行测试观察实验。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，包括气溶胶发生器（5）、缓冲箱（6）、观测装置（8）、真空泵（11）；
所述观测装置（8）包括上部外壳（86）、下部外壳（87）和可拆卸夹具（83）；
所述上部外壳（86）、下部外壳（87）的两端分别通过可拆卸夹具（83）固定形成密封空腔，且能够将测试滤网（13）夹设在上部外壳（86）、下部外壳（87）之间，密封空腔被测试滤网（13）分隔开来；
上部外壳（86）、下部外壳（87）朝向测试滤网（13）的内壁上分别设置有紫外灯81，用于通过紫外光线固化液滴；
上部外壳（86）、下部外壳（87）上分别开设有气体流通孔（84）、循环孔（85）；
上部外壳（86）的循环孔（85）与下部外壳（87）的循环孔（85）通过气体循环泵7连通，用于模拟真实气流环境并抑制液滴的挥发；
上部外壳（86）的气体流通孔（84）与连接至气溶胶发生器（5）的缓冲箱（6）相连通，下部外壳（87）的气体流通孔（84）与真空泵（11）连通；
所述上部外壳（86）上设置有透明的观察窗口（82），用于显微镜物镜（9）通过观察窗口（82）对测试滤网（13）上的液滴的分布进行观察。
2.根据权利要求1所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，还包括空气干燥器（1）、高效过滤网（2）、转子流量计（3）、压力计（4），所述空气干燥器（1）的进口与压缩空气连通，出口依次通过高效过滤网（2）、转子流量计（3）、压力计（4）连通至气溶胶发生器（5），用于产生实验观察所需的油雾。
3.根据权利要求1所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，还包括显微镜物镜（9）、电脑（10）、CCD相机（12）；所述显微镜物镜（9）与CCD相机（12）连接，CCD相机（12）连接至电脑（10），用于通过CCD相机（12）、电脑（10）观察、记录滤网上固化液滴的分布和流动。
4.根据权利要求2所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，所述高效过滤网（2）为玻璃纤维过滤网，过滤精度达到HEPA等级；
和/或，所述转子流量计（3）的量程为气溶胶发生器（5）的最大流量的1.2倍；
和/或，所述压力计（4）的量程为气溶胶发生器的最大工作压力的2倍。
5.根据权利要求1所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，所述气溶胶发生器（3）采用Laskin喷头，最大工作流量60 L/min，最大工作压力0.2 MPa。
6.根据权利要求1所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，所述气体循环泵（7）和真空泵（11）的流量选取根据测试滤网（13）的尺寸和测试气流速度，两者的流量一致。
7.根据权利要求1所述的用于观察液滴在滤网上分布的装置，其特征在于，所述观察窗口（82）的材质为光学玻璃镜片；
和/或，所述紫外灯（81）发射的光波长为365 nm。
8.一种用于观察液滴在滤网上分布的装置的使用方法，其特征在于，包括：
步骤（1）：松开可拆卸夹具（83），将测试滤网（13）置于观测装置（8）的上部外壳（86）和下部外壳（87）中间，收紧可拆卸夹具（83）后进行测试实验；
步骤（2）：打开压缩空气，通过空气干燥器（1）和高效过滤网（2）进行干燥和过滤后，转子流量计（3）调节额定流量和压力计（4）调节压缩空气压力进入气溶胶发生器（5），产生用于实验观察所需的油雾；
步骤（3）：由气溶胶发生器（5）产生的油雾，进入缓冲箱（6），在气溶胶发生器工作的同时打开真空泵（11），从缓冲箱（6）抽取油雾，进入观测装置（8）；
步骤（4）：在真空泵（11）开启抽取的过程中，气体循环泵（7）和紫外灯（81）处于停止状态，显微镜物镜（9）、电脑（10）、CCD相机（12）处于关闭状态；
步骤（5）：当真空泵抽取一定时间后，关闭压缩空气和真空泵（11），同时打开气体循环泵（7）和紫外灯（81），显微镜物镜（9）、CCD相机（12）开启，通过电脑（10）观察并记录滤网上固化液滴的分布和流动。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述步骤（2）中产生的油雾颗粒粒径分布范围为40 nm-10 μm，峰值粒径0.21μm。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述气溶胶发生器（3）采用与食用油物性参数接近的紫外光固化胶NOA系列作为气溶胶发生源。
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