CN115032123B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供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，主要包括气体混合系统、气溶胶浓度测量系统及管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，能够制造在不同蒸汽份额、温度、压力条件下气溶胶均匀分布的混合气体，以及营造不同温度的管外环境，并实现对此条件下管道内的气溶胶穿透及沉积效率的测量。可以对管径、管外壁温度、气体流量、气体蒸汽份额、气体温度、管内压力等参数作为变量进行控制，可实现对不同热工环境条件下气溶胶在管内迁移及沉积特性的研究。本实验装置能够实现对气溶胶粒径分布的准确测量，实验装置各结构的设计均考虑到了气溶胶的沉积，减少了测量误差，具有较好的实验稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及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，用于研究复杂热工环境下利用取样管对气溶胶进行取样的过程中造成的气溶胶沉积现象。
背景技术
反应堆严重事故的发生，比如堆芯燃料元件包壳的失效，可能会造成大量裂变产物释放，并随着蒸汽与不凝性气体向外迁移，裂变产物在向外迁移的过程中可能会与多种物质反应形成不同的化学形式，并随着温度压力等环境条件的变化以气态与固态的形式存在，气溶胶则是其存在的主要形式之一，比如，放射性气体在进入较冷区域时会通过均相成核与非均相成核现象转变为气溶胶。放射性气溶胶最终会随气体迁移到安全壳内，若伴随着安全壳的完整性受到破坏，气溶胶则会进一步释放到外界环境中，并对周边人员及环境造成严重的放射性危害。为了评估其可能造成的放射性威胁，并设计相应的事故缓解手段，需要对安全壳内放射性气溶胶浓度分布进行准确地测量。
严重事故不同发展进程中，气溶胶的释放及迁移现象存在较大差异，比如气溶胶在液相中的池式水洗现象、在管内输送过程中的凝并及稀释增长现象以及在安全壳气空间内的自然沉降现象，目前针对上述现象的预测模型还很不完善，需要开展专门的精细化试验进行修正和验证。因此为了对安全壳内放射性气溶胶行为进行预测，需要针对安全壳内影响气溶胶迁移、沉积的大型热工水力现象进行系统性的实验研究，并得到准确的实验数据以辅助构建相关精细化模型。考虑到在严重事故下安全壳内的热工环境较为复杂，无论是针对事故下的气溶胶浓度测量，还是针对气溶胶迁移沉积现象进行实验，都需要考虑在高温、高压、高湿度这样复杂的热工环境下对气溶胶浓度的测量。为了满足大多数气溶胶浓度测量设备的工作需求，需要采用取样管取样的方式将具有代表性的气溶胶取出并进行测量，比如专利号200620113189.6和专利号201510941240.6提出的气溶胶取样测量装置，均为先采用管道对气溶胶进行取样，然后利用气溶胶滤纸对放射性气溶胶进行收集并测量，但是此方法不适用于高温高压的环境，气溶胶在取样管中由于冷凝等因素造成的损失较大；专利号201720618087.8和专利号202110819878.8提出了一种适用于高温高压用的气溶胶取样系统，先利用取样管对待测环境中的气溶胶进行取样，然后通过滤膜收集或者粒径谱仪在线测量的方式对气溶胶进行测量，通过伴热确保了整个系统环境维持在高温条件下以减少水蒸汽的冷凝，能够提高取样测量结果的准确性。但是气溶胶在取样管的流动过程中，可能会受重力、惯性力等作用接触壁面进而沉积，这会影响最终的测量结果，同时取样管外的伴热很难确保取样管壁面温度及时追随取样环境的温度变化，取样管壁的温度高于或者低于样本气体温度均可能影响气体流动特性进而造成气溶胶的损失，所以需要对气溶胶在取样管中的损失进行综合性评估，并将其考虑在测量结果中以提高测量的准确性。
目前针对气溶胶在管道内沉积特性的研究主要集中在大气环境领域，比如对核设施烟囱排放流中的气载放射性物质进行取样检测、对大气环境内的颗粒物进行检测，均涉及到取样管道，其特点在于流动介质为空气，温度压力为常温常压环境。文献“气溶胶取样管道中粒子损失的实验研究(李爱武，2003)”提出了一种研究不同直管、弯头内气溶胶沉积的实验装置，依靠TSl3450型标准粒子产生器直接产生气溶胶，配合高效滤纸对气溶胶进行监测，实验系统较为完善且方便灵活，能够控制注入速度、浓度及管道尺寸形状等参数进行实验。“Deposition of nanosized particle in cylindrical tubes under laminer andturbulent flow conditions(Malet，2000)”提出了研究圆形直管内层流及紊流条件下气溶胶沉积特性的实验装置，能够对系统内的温度、压力进行监测，并控制气体流动情况，实验系统较为完善且精细。上述实验装置大多是基于大气环境领域内的颗粒物浓度监测作为背景而设计的，所以仅适用于空气作为介质的工作条件，且不适用于高温高压的环境。
发明内容
本发明的目的是设计研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，能够实现对不同蒸汽份额、温度、压力下的气溶胶环境进行模拟，进而实现对不同流速、不同管壁温度下气溶胶沉积特性的研究，为评估气溶胶在取样测量过程中的损失提供数据支撑，提高测量准确性。
本发明的目的是这样实现的：气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统，气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述气体混合系统包括电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、第一取样管1.5、均气装置1.7、调节阀1.8及第一电加热装置1.9，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2及气溶胶发生器1.3安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道1.4的前端混合，然后经过均气装置1.7进入混合管道1.4；均气装置1.7起到了使气溶胶在径向方向均匀分布的作用，混合均匀后的混合介质进入混合管道1.4内以低流速向下游继续流动，利用混合管道1.4上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测；调节阀1.8安装在混合管道1.4的后端，混合管道1.4的外侧安装有螺旋式包覆的第一电加热装置1.9，第一取样管1.5及第二取样管1.6则安装位置在混合管道1.4中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量。
2.管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、第一电加热器2.6、第一冷却器2.7、出口混合段2.8、第二电加热器2.9、换热盘管2.10及第三电加热器2.11，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8构成了实验系统的主体，入口混合段2.1和出口混合段2.8作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与第一取样管1.5和气溶胶浓度测量系统连接，入口混合段2.1采用了变截面出口设计，出口混合段2.8的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，与混合管道1.4下游的调节阀1.8配合；实验段2.2是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段2.2与实验管道间的空隙装满了水，换热盘管2.10及第三电加热器2.11安装在实验段2.2与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置，换热盘管2.10内部的流动介质为水，利用第一电加热器2.6及第一冷却器2.7对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵2.5使得盘管内的水不断流动来控制实验段2.2内的水温，第三电加热器2.11对实验段2.2内的水温进行快速升温及控制，换热盘管2.10在温度接近控制温度时进行稳定地控制。
3.气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、第二电加热装置3.4、第二冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6，通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统的气体首先被来自高压气腔3.1的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置3.3在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道，第二电加热装置3.4安装在均气装置3.3的外壁，根据安装在均气装置3.3出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度，被稀释后的混合气体经过第二冷却器3.5进行降温处理，满足扫描电迁移粒径谱仪3.6的测量需要，补气气流的流量可以利用质量流量计3.2来进行检测，对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
4.对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8，从第二取样管1.6取出的气体先后经过入口混合段2.1及出口混合段2.8然后进入气溶胶浓度测量系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本实验装置可以实现对不同压力、温度及蒸汽份额下气溶胶在管道内迁移沉积过程的模拟，解决了目前缺乏相关实验的不足。本实验装置可以改变管道尺寸及管外壁温度，对不同的取样条件进行模拟，可研究的变量较为全面，能够对此现象进行系统性的实验研究。本实验装置采用了对照式的实验系统设计，系统性地考虑了气溶胶在装置内气溶胶损失，得到的测量结果精度较高。
附图说明
图1是实验系统图；
图2是实验段结构示意图；
图3是实验段安装示意图；
图4是补气装置结构图；
图5是入口气溶胶浓度测量结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的实验系统设计主要包括气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统；其中气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度。
所述的气体混合系统主体由电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、第一取样管1.5、均气装置1.7、调节阀1.8及第一电加热装置1.9组成。其中，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2及气溶胶发生器1.3安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道1.4的前端混合，然后经过均气装置1.7进入混合管道1.4。均气装置1.7起到了使气溶胶在径向方向均匀分布的作用，混合均匀后的混合介质进入混合管道1.4内以低流速向下游继续流动，可以利用混合管道1.4上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测。调节阀1.8安装在混合管道1.4的后端，可用于控制混合管道1.4内的压力，辅助控制热工环境。混合管道1.4的外侧安装有螺旋式包覆的第一电加热装置1.9，配合温度监测及PID控制器来控制管外壁温度，减少由于管壁散热造成的蒸汽冷凝，避免蒸汽份额及气溶胶浓度的不稳定波动。第一取样管1.5及第二取样管1.6则安装位置在混合管道1.4中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统2，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量。
管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统的主体包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、第一电加热器2.6、第一冷却器2.7、出口混合段2.8、第二电加热器2.9、换热盘管2.10及第三电加热器2.11。其中，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8构成了实验系统的主体。入口混合段2.1和出口混合段2.8作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与第一取样管1.5和气溶胶浓度测量系统连接。入口混合段2.1采用了变截面出口设计，可以与不同内径的管道进行对接，便于更换实验管道。出口混合段2.8的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，可以形成节流的效果，根据其压降及流量控制特性，可以与混合管道1.4下游的调节阀1.8配合，对管道内的压力及流量进行控制，且两者外壁均设置了电加热装置，通过设置在其内部的热电偶测得的温度来控制装置的外壁温度保持一致。实验段2.2是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段2.2与实验管道间的空隙装满了水，作为控温介质来使用。换热盘管2.10及第三电加热器2.11安装在实验段2.2与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置，换热盘管2.10内部的流动介质为水，可以利用第一电加热器2.6及第一冷却器2.7对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵2.5使得盘管内的水不断流动来控制实验段2.2内的水温，进而控制实验管道外壁的温度。第三电加热器2.11可以对实验段2.2内的水温进行快速升温及控制，换热盘管2.10则在温度接近控制温度时进行稳定地控制，减少温度的波动。
气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、第二电加热装置3.4、第二冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6。通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统的气体首先被来自高压气腔3.1的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置3.3在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道，这一设置使得气溶胶向中心聚拢，减少了损失。第二电加热装置3.4安装在均气装置3.3的外壁，根据安装在均气装置3.3出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度。被稀释后的混合气体经过第二冷却器3.5进行降温处理，以满足扫描电迁移粒径谱仪3.6的测量需要。补气气流的流量可以利用质量流量计3.2来进行检测，进而可以对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8。从第二取样管1.6取出的气体先后经过入口混合段2.1及出口混合段2.8然后进入气溶胶浓度测量系统，此设置确保了此系统与实验系统内的结构除了实验管道外均一致，测量得到的气溶胶浓度即可作为实验管道的入口浓度，进而计算气溶胶沉降效率。
图1所示为实验装置整体设计图，从下到上依次为气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统。气体混合系统主体由电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、第一取样管1.5、第二取样管1.6、均气装置1.7、调节阀1.8及第一电加热装置1.9组成。其中，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3安装在混合管道1.4上游，通过不锈钢管道连接，以减少气溶胶的静电沉积效应，均气装置1.7是多孔栅格式结构设计，采用了不锈钢材质，并通过焊接的方式安装在混合管道1.4的入口，调节阀1.8则通过螺纹连接的方式安装在混合管道1.4的下游。第一电加热装置1.9主体为螺旋管式的不锈钢电加热器，采用点焊的方式安装在混合管道1.4以及实验段的外壁面，温度测点在混合管道1.4的外壁面，并通过线路与PID控制端进行连接。第一取样管1.5及第二取样管1.6均为L型的不锈钢管，通过焊接的方式依靠混合管道1.4的侧壁来定位。
图2显示了实验段内部的设计结构。图3显示了实验管路的安装结构。管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统的主体包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、第一电加热器2.6、第一冷却器2.7、出口混合段2.8、第二电加热器2.9、换热盘管2.10及第三电加热器2.11。入口混合段2.1内部为渐扩变式的结构设计，出口采用了台阶式变径结构设计2.12，能够满足不同直径管道的平滑对接，便于更换实验管道，同时减少了突变式结构造成的气溶胶损失。实验段2.2采用内径大于实验管道的不锈钢管作为主体，换热盘管2.10及第三电加热器2.11采用了双螺旋结构布置的设计，通过焊接的方式固定在实验段2.2内壁面上，换热盘管2.10的入口管2.3及出口管2.4贯穿焊接在实验段2.2的侧壁上，实验段2.2的侧壁上还装有实验段本身的上水管及排水管。换热盘管2.10、驱动泵2.5、第一电加热器2.6及第一冷却器2.7依靠不锈钢管路串联在一起。出口混合段2.8出口采用了可更换式的节流结构设计2.15，可通过卡套接头来固定安装，方便更换。实验管道通过贯穿焊接卡套2.13及贯穿焊接卡套2.14进行固定，贯穿焊接卡套2.13及贯穿焊接卡套2.14则安装在盲板上，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8具采用一样尺寸的法兰，方便安装连接。
气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、第二电加热装置3.4、第二冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6。其中，高压气腔3.1、质量流量计3.2通过不锈钢管与均气装置3.3相连，均气装置3.3通过卡套接头与实验段出口管及第二冷却器3.5、扫描电迁移粒径谱仪3.6相连。图4显示了均气装置的内部结构。均气装置3.3包括进气管3.9、螺旋式导流板3.7及补气导向板3.8，进气管与高压气腔3.1直接相连，螺旋式导流板3.7安装在环形流道中，采用螺旋阶梯式结构设计，引导气体流向，均气装置3.3的内管壁四周开有小孔，来流气体通过导流后从四周均匀进入内管与来流气体混合，补气导向板3.8为圆环形板，剖面为L型，安装在内管的内壁面上，从内管四周的开孔垂直超管内流动的气体，经导向后朝向与来流气体平行的方向流动。
对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8。通过不锈钢阀与第二取样管1.6相连，入口混合段2.1与出口混合段2.8之间通过法兰接连，出口直接与气溶胶浓度测量系统相连。
综上，本发明提出了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，主要包括气体混合系统、气溶胶浓度测量系统及管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，能够制造在不同蒸汽份额、温度、压力条件下气溶胶均匀分布的混合气体，以及营造不同温度的管外环境，并实现对此条件下管道内的气溶胶穿透及沉积效率的测量。可以对管径、管外壁温度、气体流量、气体蒸汽份额、气体温度、管内压力等参数作为变量进行控制，可实现对不同热工环境条件下气溶胶在管内迁移及沉积特性的研究。本实验装置能够实现对气溶胶粒径分布的准确测量，实验装置各结构的设计均考虑到了气溶胶的沉积，减少了测量误差，具有较好的实验稳定性。
Claims (1)
1.一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，其特征在于：气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统，气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度；
所述气体混合系统包括电加热锅炉（1.1）、空气压缩机（1.2）、气溶胶发生器（1.3）、混合管道（1.4）、第一取样管（1.5）、第二取样管（1.6）、均气装置（1.7）、调节阀（1.8）及第一电加热装置（1.9）；所述电加热锅炉（1.1）、空气压缩机（1.2）及气溶胶发生器（1.3）安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道（1.4）的前端混合后经过均气装置（1.7）进入混合管道（1.4），混合均匀后的混合介质进入混合管道（1.4）内以低流速向下游继续流动，利用混合管道（1.4）上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测；所述调节阀（1.8）安装在混合管道（1.4）的后端，混合管道（1.4）的外侧安装有螺旋式包覆的第一电加热装置（1.9）；所述第一取样管（1.5）及第二取样管（1.6）安装在混合管道（1.4）中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量；
所述管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统包括入口混合段（2.1）、实验段（2.2）、入口管（2.3）、出口管（2.4）、驱动泵（2.5）、第一电加热器（2.6）、第一冷却器（2.7）、出口混合段（2.8）、第二电加热器（2.9）、换热盘管（2.10）及第三电加热器（2.11）；所述入口混合段（2.1）、实验段（2.2）及出口混合段（2.8）构成了实验系统的主体，入口混合段（2.1）和出口混合段（2.8）作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与第一取样管（1.5）和气溶胶浓度测量系统连接，入口混合段（2.1）采用了变截面出口设计，出口混合段（2.8）的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，与混合管道（1.4）下游的调节阀（1.8）配合；所述实验段（2.2）是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段（2.2）与实验管道间的空隙装满了水；所述换热盘管（2.10）及第三电加热器（2.11）安装在实验段（2.2）与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置；所述换热盘管（2.10）内部的流动介质为水，利用电加热器（2.6）及第一冷却器（2.7）对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵（2.5）使得盘管内的水不断流动来控制实验段（2.2）内的水温，第三电加热器（2.11）对实验段（2.2）内的水温进行快速升温及控制，换热盘管（2.10）在温度接近控制温度时进行稳定地控制；
所述对比实验系统包括入口混合段（2.1）及出口混合段（2.8），出口混合段（2.8）的外侧安装有螺旋式包覆的第二电加热器（2.9），从第二取样管（1.6）取出的气体先后经过入口混合段（2.1）及出口混合段（2.8）然后进入气溶胶浓度测量系统；
所述气溶胶浓度测量系统包括高压气腔（3.1）、质量流量计（3.2）、均气装置（3.3）、第二电加热装置（3.4）、第二冷却器（3.5）及扫描电迁移粒径谱仪（3.6）；通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统（3）的气体首先被来自高压气腔（3.1）的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置（3.3）在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道；所述第二电加热装置（3.4）安装在均气装置（3.3）的外壁，根据安装在均气装置（3.3）出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度；被稀释后的混合气体经过第二冷却器（3.5）进行降温处理，满足扫描电迁移粒径谱仪（3.6）的测量需要，补气气流的流量可以利用质量流量计（3.2）来进行检测，对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101198723A (zh) * | 2005-04-15 | 2008-06-11 | 高级技术材料公司 | 用于超临界流体去除或沉积工艺的装置和方法 |
| CN105466823A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-04-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟气溶胶在样品表面沉积的试验方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4371884B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2009-11-25 | 富士通株式会社 | エアロゾルデポジション装置 |
| PL2165172T3 (pl) * | 2007-06-13 | 2017-09-29 | Oy Halton Group, Ltd. | Urządzenia, układy i sposoby wykrywania osadów tłuszczowych |
| CN105982734A (zh) * | 2015-01-27 | 2016-10-05 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种真实人体上呼吸道模型流场气溶胶沉积测量方法及实验装置 |
| US10772354B2 (en) * | 2016-05-31 | 2020-09-15 | Altria Client Services Llc | Heater and wick assembly for an aerosol generating system |
| CN207181111U (zh) * | 2017-05-31 | 2018-04-03 | 未来与挑战株式会社 | 高温高压用气溶胶取样系统 |
| RU2684601C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-04-10 | Акционерное общество "КБ "Проминжиниринг" | Пробоотборный коллектор для представительного отбора газо-аэрозольной среды из сбросной трубы |
| CN109696287B (zh) * | 2018-12-03 | 2023-11-24 | 中国辐射防护研究院 | 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 |
| CN110927030B (zh) * | 2019-11-15 | 2024-10-18 | 中国原子能科学研究院 | 一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法 |
| FR3103825B1 (fr) * | 2019-11-29 | 2021-12-03 | Ingesciences | Dispositif et procédé d’exposition de cellules a un aérosol |
| CN112179819A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-05 | 中国人民武装警察部队后勤学院 | 一种模拟生物气溶胶沉积的肺实验模型系统 |
| CN113465873B (zh) * | 2021-05-20 | 2024-06-11 | 西安医学院第一附属医院 | 一种模拟呼吸道内部流动的实验装置 |
| CN113654851B (zh) * | 2021-07-20 | 2023-12-19 | 哈尔滨工程大学 | 一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法 |
| CN113884418B (zh) * | 2021-09-01 | 2024-04-30 | 中国核电工程有限公司 | 安全壳内气溶胶在微通道滞留的实验研究系统及方法 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101198723A (zh) * | 2005-04-15 | 2008-06-11 | 高级技术材料公司 | 用于超临界流体去除或沉积工艺的装置和方法 |
| CN105466823A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-04-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟气溶胶在样品表面沉积的试验方法 |
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