CN114459722B - 一种模块化多功能线源模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化多功能线源模拟系统，包括：下部布气模块，包括模块本体、示踪气体通道、示踪气体出口和多个示踪气体入口，示踪气体通道曲折地设置在模块本体的内部，示踪气体出口设置在模块本体的顶部中间位置处，多个示踪气体入口对称地设置在模块本体的两侧；线源模块，密封连接在下部布气模块的上方，线源模块上设有线源和车道模拟单元，线源的底部与示踪气体出口相连通，线源的顶部与车道模拟单元相连通；污染物测试单元，设置在线源模块的出口处。本发明可以直观地观察和测试气体污染物的扩散分布特性，定量研究污染物浓度分布，其具有操作简单方便，模拟精度高、成本低等优点。

Description

一种模块化多功能线源模拟系统
技术领域
本发明涉及线源模拟装置技术领域，尤其涉及一种模块化多功能线源模拟系统。
背景技术
当前，随着经济发展，我国汽车保有量日益攀升，每天街道内行驶的车辆也逐渐增加；目前汽车的主要能源来源还是汽油、柴油，其排放的废气会造成环境污染。主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物，能引起光化学烟雾等。另外，汽车排放的二氧化碳(CO2)、硫化物SOx(SO2和SO3)、氮氧化物NOx(NO和NO2)、氟氯烃等使温室效应、臭氧层破坏和酸雨等大气环境问题变得更为严重；汽车排出的CO、NOx、SOx、未燃碳氢化合物HC、颗粒物PM和臭味气体等污染空气，对人类和动、植物危害甚大。特别是人类，每天都会路经街道旁，呼吸到被污染的空气，因此街道内污染物排放和扩散直接关系着人们的生活质量和身体健康，已经引起了广泛关注。
此外，由于街道布置不尽相同，如车道数量，街道旁绿植以及建筑物等的布置，都会影响机动车尾气污染物的扩散分布特性，改变其扩散方向或者速度等。街道上机动车尾气污染物及其产生的二次污染，如光化学烟雾，雾霾等，不仅对行人，也将影响两侧建筑室内环境及居民身体健康，所以研究不同线源配置情况下机动车尾气污染物的扩散特性十分必要。
线源模拟系统是采用风洞实验研究不同线源配置情况下污染物扩散分布的重要模拟工具。通过相关文献的查阅发现，把线源模拟技术运用到对街道污染物的研究少有报道。因此，开发一种模块化多功能线源模拟系统，对研究街道内不同线源配置情况污染物分布，具有重要应用价值。
申请号为201210126499.1的中国专利公开了一种用于风洞实验的线源发放装置，包括烟气混合器，L型钢管，漩涡气泵和线源壳体等，但是仅能保证气体有经过足够长的路径完成气体本身均匀化和线源长度均匀化，不能进行多种不同车道情况下的线源模拟，更不能进行污染物浓度可视化的研究。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可视化好、操作简单方便、模拟精度高且成本低的模块化多功能线源模拟系统。
一种模块化多功能线源模拟系统，包括：
下部布气模块，包括模块本体、示踪气体通道、示踪气体出口和多个示踪气体入口，所述示踪气体通道曲折地设置在所述模块本体的内部，所述示踪气体出口设置在所述模块本体的顶部中间位置处，多个示踪气体入口对称地设置在所述模块本体的两侧，气体污染物从多个所述示踪气体入口同时流入，并经示踪气体通道流出至示踪气体出口；
线源模块，密封连接在所述下部布气模块的上方，所述线源模块上设有线源和车道模拟单元，所述线源的底部与所述示踪气体出口相连通，所述线源的顶部与所述车道模拟单元相连通；
污染物测试单元，设置在所述线源模块的出口处，所述污染物测试单元能够对所述线源模块出口流出的气体污染物进行测试。
在其中一个实施例中，所述示踪气体通道包括：
通道本体，内部填充有第一多孔材料；
导流板，上下交错地设置在所述通道本体的内部，且相邻两个所述导流板之间平行设置。
在其中一个实施例中，所述模块本体的顶部设有环形密闭接头，所述环形密闭接头设置在所述示踪气体出口的外侧；所述线源模块的底部设有环形密闭接口，所述环形密闭接头与所述环形密闭接口相配合。
在其中一个实施例中，所述线源包括渐阔出口、单线源或双线源，所述渐阔出口的为上大下小的喇叭形，所述单线源包括间隔分布在同一直线上的多个圆柱孔，所述双线源包括两个平行设置的两个单线源。
在其中一个实施例中，所述圆柱孔的直径为0.1-0.3mm，相邻两个所述圆柱孔之间的间距为0.5-1.5cm，所述单线源的宽度为30-50cm。
在其中一个实施例中，所述车道模拟单元包括单车道模拟单元或双车道模拟单元，所述单车道模拟单元或双车道模拟单元设置在所述单线源或双线源的上方。
在其中一个实施例中，所述渐阔出口、单线源或双线源内部均填充第二多孔材料。
上述模块化多功能线源模拟系统，通过将气体污染物从多个示踪气体入口同时流入，并经示踪气体通道流出至示踪气体出口，然后，利用线源模块模拟城市街道内不同车道的数量情况，从而可以直观地观察和测试气体污染物的扩散分布特性，定量研究污染物浓度分布，其具有操作简单方便，模拟精度高、成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的模块化多功能线源模拟系统的结构示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视图；
图3是本发明的线源模块的结构示意图；
图4是本发明的另一种线源模块的结构示意图；
图5是本发明的又一种线源模块的结构示意图；
图6是本发明的下部布气模块的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参阅图1-6所示，本发明一实施例提供一种模块化多功能线源模拟系统，包括：
下部布气模块1，包括模块本体11、示踪气体通道12、示踪气体出口13和多个示踪气体入口14，所述示踪气体通道12曲折地设置在所述模块本体11的内部，所述示踪气体出口13设置在所述模块本体11的顶部中间位置处，多个示踪气体入口14对称地设置在所述模块本体11的两侧，气体污染物从多个所述示踪气体入口14同时流入，并经示踪气体通道12流出至示踪气体出口13；本实施例中，用SF6或烟雾示踪气体模拟机动车尾气污染物，定量研究污染物浓度分布，运行时，所有示踪气体入口14(如：10个或14个等)同时定量通入气体污染物作为污染源，保证模块本体11的内部压力相同。
线源模块2，密封连接在所述下部布气模块1的上方，所述线源模块2上设有线源21和车道模拟单元，所述线源21的底部与所述示踪气体出口13相连通，所述线源21的顶部与所述车道模拟单元相连通；
污染物测试单元，设置在所述线源模块2的出口处，所述污染物测试单元能够对所述线源模块2出口流出的气体污染物进行测试。本实施例中，污染物测试单元可以为片状激光-CCD浓度测试系统等，用于监测气体污染物的浓度。
上述模块化多功能线源模拟系统，通过将气体污染物从多个示踪气体入口14同时流入，并经示踪气体通道12流出至示踪气体出口13，然后，利用线源模块2模拟城市街道内不同车道的数量情况，从而可以直观地观察和测试气体污染物的扩散分布特性，定量研究污染物浓度分布，其具有操作简单方便，模拟精度高、成本低等优点。
在本发明一实施例中，所述示踪气体通道12包括：
通道本体121，内部填充有第一多孔材料；
导流板122，上下交错地设置在所述通道本体121的内部，且相邻两个所述导流板122之间平行设置。
本实施例中，通过所述导流板122的交错平行分布，可以将通道本体121分隔成弯曲的通道，以使气体污染物在示踪气体通道12内延长流动距离，且第一多孔材料能减缓气体污染物的流动速度，从而更加贴合实际场合下的污染物流动情况，提高模拟的精度。
在本发明一实施例中，所述模块本体11的顶部设有环形密闭接头15，所述环形密闭接头15设置在所述示踪气体出口13的外侧；所述线源模块2的底部设有环形密闭接口23，所述环形密闭接头15与所述环形密闭接口23相配合。
本实施例中，环形密闭接头15能够与环形密闭接口23卡合密封，用于组合装配下部布气模块1和线源模块2，其拆卸灵活且方便改变进行不同线源情况下的研究。
在本发明一实施例中，所述线源21包括渐阔出口212、单线源213或双线源211，所述渐阔出口212的为上大下小的喇叭形，所述单线源213包括间隔分布在同一直线上的多个圆柱孔，所述双线源211包括两个平行设置的两个单线源。本实施例中，所述渐阔出口212的形状设置成喇叭形，可用于实现污染物浓度的可视化。
在本发明一实施例中，所述圆柱孔的直径为0.1-0.3mm，相邻两个所述圆柱孔之间的间距为0.5-1.5cm，所述单线源213的宽度为30-50cm。优选地，所述单线源213为直径0.2mm的小圆柱孔，每间隔1cm布置一个，宽度共40cm，形成一排线源。双线源的参数与单线源相同，为间隔1cm,直径0.2mm的小圆柱孔，是单线源的两倍。
在本发明一实施例中，所述车道模拟单元包括单车道模拟单元221或双车道模拟单元222，所述单车道模拟单元221或双车道模拟单元222设置在所述单线源213或双线源211的上方。如此，可以分别用于模拟单车道和多车道的气体污染物的扩散分布特性。
在本发明一实施例中，所述渐阔出口212、单线源213或双线源211内部均填充第二多孔材料。如此，可以减小从线源模块2流出的气流的动量，提高测试的准确度。
实施例一：
设定实验系统中的空气流通情况、室外空气质量等与实际街道情况相符合。实验开始前，启动系统外部的烟雾发生器定量产生白色烟雾(白色颗粒物)用以模拟气体污染物，每个烟雾发生器接口都与示踪气体入口14相接。接通后，再将示踪气体入口14同时开启，保证所述模块本体11的内部压力相同的情况下烟雾进入系统。
烟雾进入后，将会流经示踪气体通道12，示踪气体通道12由9个导流板122隔出，用于延长气体污染物的流动距离。且示踪气体通道12内的多孔材料也用于减缓气体污染物的流动速度，更加贴合实际流动情况。烟雾在经过示踪气体通道12后流入线源模块2内，再从填充了多孔材料的渐阔出口212缓缓流出。流出的烟雾通过系统外的片状激光-CCD浓度测试系统监测烟雾的浓度，可得到污染物浓度定量可视化结果。
实施例二：
主要用于城市街道内单车道上车辆排放尾气的浓度分布的模拟情况，具体地，设定实验系统中的空气流通情况、室外空气质量等与实际街道情况相符合。实验开始前，将SF6气体接入示踪气体入口14作为气体污染物。接通后，再将示踪气体入口14同时开启，保证所述模块本体11的内部压力相同的情况下SF6气体进入系统。
SF6气体进入后，将会流经示踪气体通道12，示踪气体通道12由9个导流板122隔出，用于延长气体污染物的流动距离。且示踪气体通道12内的多孔材料也用于减缓气体污染物的流动速度，更加贴合实际流动情况。烟雾在经过示踪气体通道12后流入线源模块2内，再通过线源模块2中由多个小圆柱孔组成的一排单线源213流到单车道模拟单元221中，此处也填充有多孔材料，减小从圆孔中流出的气流向上的动量，再流出系统。流出的气体通过系统外的示踪气体监测系统来定量监测示踪气体的浓度分布，从而可以获得单车道上车辆排放尾气在各种场景下的浓度分布情况。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，包括：
下部布气模块，包括模块本体、示踪气体通道、示踪气体出口和多个示踪气体入口，所述示踪气体通道曲折地设置在所述模块本体的内部，所述示踪气体出口设置在所述模块本体的顶部中间位置处，多个示踪气体入口对称地设置在所述模块本体的两侧，气体污染物从多个所述示踪气体入口同时流入，并经示踪气体通道流出至示踪气体出口；
线源模块，密封连接在所述下部布气模块的上方，所述线源模块上设有线源和车道模拟单元，所述线源的底部与所述示踪气体出口相连通，所述线源的顶部与所述车道模拟单元相连通；
污染物测试单元，设置在所述线源模块的出口处，所述污染物测试单元能够对所述线源模块出口流出的气体污染物进行测试；
所述线源包括渐阔出口、单线源或双线源，所述渐阔出口的为上大下小的喇叭形，所述单线源包括间隔分布在同一直线上的多个圆柱孔，所述双线源包括两个平行设置的两个单线源。
2.如权利要求1所述的模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，所述示踪气体通道包括：
通道本体，内部填充有第一多孔材料；
导流板，上下交错地设置在所述通道本体的内部，且相邻两个所述导流板之间平行设置。
3.如权利要求2所述的模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，所述模块本体的顶部设有环形密闭接头，所述环形密闭接头设置在所述示踪气体出口的外侧；所述线源模块的底部设有环形密闭接口，所述环形密闭接头与所述环形密闭接口相配合。
4.如权利要求3所述的模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，所述圆柱孔的直径为0.1-0.3mm，相邻两个所述圆柱孔之间的间距为0.5-1.5cm，所述单线源的宽度为30-50cm。
5.如权利要求3或4所述的模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，所述车道模拟单元包括单车道模拟单元或双车道模拟单元，所述单车道模拟单元或双车道模拟单元设置在所述单线源或双线源的上方。
6.如权利要求5所述的模块化多功能线源模拟系统，其特征在于，所述渐阔出口、单线源或双线源内部均填充第二多孔材料。
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