CN206045990U - 一种基于文丘里原理的气溶胶发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于文丘里原理的气溶胶发生器，它包括箱体，在箱体设置有油箱顶板将箱体内分隔为上部的控制箱和下部的油箱，在控制箱的两侧面板上各设置有一个控压组件和多个控制箱进气接头，在控制箱的顶部设有两个压力表，每一个控压组件的出气口分别通过穿过控制箱设置的一路管线与一个压力表相连，在油箱的油箱底板上沿竖直方向固定有一个分离隔板将油箱分隔为发生室和分离室，每一个的控压组件的出气口通过多路管道分别依次连接球阀以及进气接头后进入控制箱内，进入控制箱内的两侧多路管道分别与位于油箱顶板的油箱进气口相连，在发生室内固定有多个喷嘴。本实用新型结构将气溶胶的产生量大大提高。

Description

一种基于文丘里原理的气溶胶发生器

技术领域

本实用新型涉及发生器，尤其涉及一种基于文丘里原理的气溶胶发生器。

背景技术

有效的通风和合理的气流组织对于改善室内空气品质，控制室内污染物浓度，保证实现健康、舒适的人居环境有着重要的意义。通常，研究室内气流组织有实验测量和数值模拟两种途径。其中，实验测量可以获得更真实的流场信息，并且高质量的实验数据还能用于数值模拟的验证。很多研究采用了超声波风速仪、热球或热线风速仪等单点测速技术来进行流场的测量；但是由于室内空气流场具有复杂的非定常性，其瞬时流动特征随着时间呈现出不规则的变化，单点测速技术难以获得准确的流场全场信息和动态流场信息。为克服传统单点测速方法的不足，以粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)为代表的全场测速技术，开始逐步应用到室内流场的测量中。PIV是一种基于示踪粒子的光学测速技术，它相对于单点测速技术的最大优势在于能获得瞬时的全场流动信息，同时对流动不产生影响。因此，PIV逐渐成为室内空气流动测量的有力工具。

PIV测速方法有多种分类，无论何种形式的PIV，其速度测量都依赖于散布在流场中的示踪粒子，PIV法测速都是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布。若示踪粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。因此示踪粒子在PIV测速法中非常重要。在PIV测速技术中，高质量的示踪粒子要求为：(1)比重要尽可能与实验流体相一致；(2)足够小的尺度；(3)形状要尽可能圆且大小分布尽可能均匀；(4)有足够高的光散射效率。此外，在室内环境中进行PIV测量，还要求示踪粒子是无毒无害的。因此，油滴或者癸二酸二异辛酯(Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat,DEHS)液滴、舞台烟雾和氦气泡是室内流动PIV测量中最常用的粒子(Cao X,LiuJ,Jiang N,et al.Particle image velocimetry measurement of indoor airflowfield:A review of the technologies and applications[J].Energy&Buildings,2014,69(3):367–380.)。其中，DEHS滴的粒径一般为几微米，具有非常好的湍流跟随性，且DEHS物理性能稳定，不易挥发且在同样尺寸下有着较高的光散射效率，视为空气中进行PIV测量较为理想的示踪粒子。

目前用于空气中PIV测量的粒子发生装置按照发生原理可以分为热凝结发生和雾化发生两种(Melling A.Tracer particles and seeding for particle imagevelocimetry[J].Measurement Science&Technology,1997,8(12):1406-1416.)。热凝结气溶胶发生装置，如，CN 201578709 U和CN 204314024 U，只适用于发生舞台烟油等物理稳定性较差的气溶胶作为示踪粒子，虽然发生量较大但无法满足连续长时间采样的PIV测量需求；雾化原理发生装置中以基于Laskin原理的气溶胶发生装置最具有代表性，如CN102072861A、CN 102069047A和CN 203155194 U，虽然其可以发生DEHS液滴等较为理想的示踪粒子，但其发生量十分有限，仅仅适用于较小尺寸的PIV拍摄，如，人体上呼吸道模型(CN102564728 B)和缩尺模型(CN 100458372 C)，并不能为大视场或者大流量提供充足的示踪粒子。综上，目前并没有一款可以制备高浓度的DEHS液滴气溶胶的装置，因此，为了获得高质量大尺寸流场的PIV测量数据，亟需进行相关气溶胶发生装置的研发工作。

此外，在高大洁净厂房的洁净度测试，以及大型高效过滤系能的性能测试等实验研究中，高浓度气溶胶发生装置也是其实验开展的基础。目前尚未有有效的气溶胶发生器用于上述实验研究中。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种发生稳定并且粒径分布集中的基于文丘里原理的气溶胶发生器。

本实用新型的一种基于文丘里原理的气溶胶发生器，它包括箱体，在所述的箱体内沿水平方向设置有油箱顶板，所述的油箱顶板将箱体内分隔为上部的控制箱和下部的油箱，在所述的控制箱的两侧面板上各设置有一个控压组件和多个控制箱进气接头，在所述控制箱的顶部设有两个压力表，每一个所述的控压组件的出气口分别通过穿过控制箱设置的一路管线与一个压力表相连，在所述的油箱的油箱底板上沿竖直方向固定有一个分离隔板，位于所述的分离隔板左侧的部分为发生室，位于所述的分离隔板右侧的部分为分离室，所述分离隔板与油箱顶板间隔设置，在位于发生室侧的所述的油箱顶板上开有多个油箱进气口和一个注油口，每一个所述的控压组件的出气口通过多路管道分别依次连接球阀以及进气接头后进入控制箱内，进入控制箱内的两侧多路管道分别与位于油箱顶板的油箱进气口相连，在所述的发生室内的油箱底板上开有多个螺口，在所述发生室处的油箱的侧壁中部、侧壁底部分别设有发生室液位显示仪、发生室卸油口，在所述分离室处的油箱的侧壁中部、侧壁底部分别设有分离室液位显示仪、分离室卸油口，在所述分离室处的油箱的侧壁上部设有气溶胶出口以及安全阀，在发生室内的所述的油箱底板上固定有多个喷嘴，每一个所述喷嘴包括上下相对间隔设置且共同螺纹连接在竖直设置的中部螺纹杆上的喷嘴上部分和喷嘴下部分，在所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的圆周方向上通过等间隔设置的三根螺纹杆与对应设置的螺口固定相连，所述喷嘴上部分和喷嘴下部分分别包括基体以及设置在基体上的中空凸台，所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的中空凸台相对间隔设置，所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的中空凸台之间形成缝隙作为压缩空气的出口，所述的缝隙的高度为0.1～0.3mm，在所述喷嘴上部分的基体上开有进气口通道，所述进气口通道与喷嘴上部分的中空凸台的空腔以及喷嘴下部分的中空凸台的空腔相互连通构成进气通道，每一个喷嘴的进气口通道分别通过耐油耐压软管与油箱进气口相连通，所述的喷嘴上部分的中空凸台的底部外壁和喷嘴下部分的中空凸台顶部外壁关于缝隙的中心线对称并且均为弧形导流结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的基于文丘里原理的喷嘴，从缝隙喷出的压缩空气与由于文丘里效应流来的液体发生碰撞，产生的气泡量远多于传统基于Laskin喷嘴的单个点鼓泡的方法，从而将气溶胶的产生量大大提高。

(2)四根带有螺纹的连接杆件设置，不仅保证了喷嘴结构的稳定性，而且可以让喷嘴上部与喷嘴下部的缝隙可以进行精细调节，可调的缝隙改变了其鼓泡的大小，进而使得生成气溶胶的粒径分布可以调节。

(3)控制箱和油箱分开设置，使得用以控制进气的阀门、仪表和管件避免浸泡在油中，进而有益于该装置使用的耐久性。

(4)每一个喷嘴具有独立的球阀和空压组件，可以通过增减开启的喷嘴数以及进气压力来调节气溶胶的发生量。

(5)油箱中的发生室和分离室的结构设置，可以捕获收集鼓泡时溅出的少量油滴与较大颗粒，控制粒径保持在一个较小的范围的同时还可以将多余的油回收利用。

附图说明

图1为一种基于文丘里原理的气溶胶发生器的喷嘴正视图；

图2为图1所示的喷嘴的俯视图；

图3为图1所示的喷嘴的原理图；

图4为一种基于文丘里原理的气溶胶发生器的箱体立体图；

图5一种基于文丘里原理的气溶胶发生器的油箱内部立体图；

图6为图4所示的气溶胶发生器的油箱顶板的结构示意图；

图7为图4所示的气溶胶发生器的油箱底板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。

本实用新型的一种基于文丘里原理的气溶胶发生器，它包括箱体，在所述的箱体内沿水平方向设置有油箱顶板7，所述的油箱顶板7将箱体内分隔为上部的控制箱5和下部的油箱9，在所述的控制箱5的两侧面板上各设置有一个控压组件2和多个控制箱进气接头6，在所述控制箱5的顶部设有两个压力表3；控压组件2起到稳压以及压力控制的作用，每一个所述的控压组件2的出气口分别通过穿过控制箱设置的一路管线与一个压力表3相连。

在所述的油箱9的油箱底板上沿竖直方向固定有一个分离隔板16，位于所述的分离隔板16左侧的部分为发生室10，位于所述的分离隔板16右侧的部分为分离室17，所述分离隔板16与油箱顶板7间隔设置。在位于发生室10侧的所述的油箱顶板7上开有多个(如图可以为六个)油箱进气口8和一个注油口19，每一个所述的控压组件2的出气口通过多路管道分别依次连接球阀4以及进气接头6后进入控制箱5内，进入控制箱5内的两侧多路管道分别与位于油箱顶板7的油箱进气口8相连。

在所述的发生室内的油箱底板27上开有多个(可以为十八个)螺口28用于将多个(可以为六个)喷嘴29固定在发生室10底部，在所述发生室10处的油箱9的侧壁中部、侧壁底部分别设有发生室液位显示仪20、发生室卸油口21；在所述分离室处的油箱9的侧壁中部、侧壁底部分别设有分离室液位显示仪22、分离室卸油口23，在所述分离室处的油箱9的侧壁上部设有气溶胶出口18以及安全阀24。

在发生室10内的所述的油箱底板27上固定有多个(六个)喷嘴29，每一个所述喷嘴29包括上下相对间隔设置且共同螺纹连接在竖直设置的中部螺纹杆25上的喷嘴上部分12和喷嘴下部分13，中部螺纹杆25用于精细调节缝隙14的高度(喷嘴上部分12和喷嘴下部分13之间的距离)为0.1～0.3mm，在所述的喷嘴上部分12和喷嘴下部分13的圆周方向上通过等间隔设置的三根螺纹杆26与对应设置的螺口28固定相连。

所述喷嘴上部分12和喷嘴下部分13分别包括基体以及设置在基体上的中空凸台，所述的喷嘴上部分12和喷嘴下部分13的中空凸台相对间隔设置，所述的喷嘴上部分12和喷嘴下部分13的中空凸台之间形成缝隙14作为压缩空气的出口，缝隙14的高度为0.1～0.3mm，在所述喷嘴上部分的基体上开有进气口通道11，所述进气口通道11与喷嘴上部分12的中空凸台的空腔以及喷嘴下部分13的中空凸台的空腔相互连通构成进气通道。每一个喷嘴29的进气口通道11分别通过耐油耐压软管与油箱进气口8相连通。

所述的喷嘴上部分12的中空凸台的底部外壁和喷嘴下部分13的中空凸台顶部外壁关于缝隙14的中心线对称并且均为弧形导流结构。所述弧形导流结构，使从缝隙14喷出的压缩空气产生了文丘里效应，从而使得气溶胶的产生量大大增加。

为了保证本实用新型装置性能的稳定，本实用新型装置设有两套独立的进气系统，每套进气系统包括进气口1、控压组件2、压力表3、多个球阀4、多个油箱进气口8等组成，所述每套进气系统可以控制三个喷嘴29进行工作，下面以其中一套为例结合附图进行说明：

压缩空气从进气口1引入，经过控压组件2起到稳压以及压力控制的作用，后分成四路，一路与压力表3相连以监控进气压力，其余三路分别接球阀4后进入控制箱5至控制箱进气接头6后进入控制箱5内，进入控制箱5内的两侧多路管道分别与位于油箱顶板7的油箱进气口8相连。在油箱9的发生室10中，压缩空气从油箱进气口接头8通过耐油耐压软管引入喷嘴29(喷嘴29浸没于油箱9的油液里)的进气口通道11，进入喷嘴上部分12和喷嘴下部分13构成的缝隙14高速射出，在缝隙14周围形成大量夹带着微小液滴的气溶胶气泡15，气泡15上升至液面破裂形成气溶胶后随着气流经过分离隔板16，使得大的颗粒与油滴沉降在分离室17中，小粒径油滴继续跟随气流从气溶胶出口18排出。

用于产生气溶胶的物质可以为DEHS、DOP和NaCL等液体，为了描述方便统称为“液体”，液体从位于油箱顶板7的进油口19直接加入油箱9的发生室10中，液体填充完毕后使用旋塞将进油口19锁死密封，通过发生室液位显示仪20观察液位至少需要浸没缝隙14的高度方可正常工作，发生室10底部的发生室卸油口21用来清洗发生室以及更换用于产生气溶胶的液体。在分离室17侧安装的分离室液位显示仪22可以观察液位收集情况，并且设有分离室卸油口23，用以回收液体以及清理分离室17。

安全阀门24设置在分离室17外侧，用以控制装置内部压力不超过安全范围。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于文丘里原理的气溶胶发生器，它包括箱体，其特征在于:在所述的箱体内沿水平方向设置有油箱顶板，所述的油箱顶板将箱体内分隔为上部的控制箱和下部的油箱，在所述的控制箱的两侧面板上各设置有一个控压组件和多个控制箱进气接头，在所述控制箱的顶部设有两个压力表，每一个所述的控压组件的出气口分别通过穿过控制箱设置的一路管线与一个压力表相连，在所述的油箱的油箱底板上沿竖直方向固定有一个分离隔板，位于所述的分离隔板左侧的部分为发生室，位于所述的分离隔板右侧的部分为分离室，所述分离隔板与油箱顶板间隔设置，在位于发生室侧的所述的油箱顶板上开有多个油箱进气口和一个注油口，每一个所述的控压组件的出气口通过多路管道分别依次连接球阀以及进气接头后进入控制箱内，进入控制箱内的两侧多路管道分别与位于油箱顶板的油箱进气口相连，在所述的发生室内的油箱底板上开有多个螺口，在所述发生室处的油箱的侧壁中部、侧壁底部分别设有发生室液位显示仪、发生室卸油口，在所述分离室处的油箱的侧壁中部、侧壁底部分别设有分离室液位显示仪、分离室卸油口，在所述分离室处的油箱的侧壁上部设有气溶胶出口以及安全阀，在发生室内的所述的油箱底板上固定有多个喷嘴，每一个所述喷嘴包括上下相对间隔设置且共同螺纹连接在竖直设置的中部螺纹杆上的喷嘴上部分和喷嘴下部分，在所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的圆周方向上通过等间隔设置的三根螺纹杆与对应设置的螺口固定相连，所述喷嘴上部分和喷嘴下部分分别包括基体以及设置在基体上的中空凸台，所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的中空凸台相对间隔设置，所述的喷嘴上部分和喷嘴下部分的中空凸台之间形成缝隙作为压缩空气的出口，所述的缝隙的高度为0.1～0.3mm，在所述喷嘴上部分的基体上开有进气口通道，所述进气口通道与喷嘴上部分的中空凸台的空腔以及喷嘴下部分的中空凸台的空腔相互连通构成进气通道，每一个喷嘴的进气口通道分别通过耐油耐压软管与油箱进气口相连通，所述的喷嘴上部分的中空凸台的底部外壁和喷嘴下部分的中空凸台顶部外壁关于缝隙的中心线对称并且均为弧形导流结构。