CN217568230U - 一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其包括：模拟室、稳流室及带有外置水泵的循环管路，模拟室具有容纳腔；稳流室设置于所述模拟室的容纳腔内，且所述稳流室具有射流管；带有外置水泵的循环管路的出水口设置于所述模拟室内，进水口设置于所述稳流室内，同时，所述射流管的射流口设置于所述稳流室的外侧面。本实用新型可在实验室内模拟海洋飞沫气溶胶及气溶胶态污染物的发生，用于实验室内开展海洋飞沫气溶胶中痕量污染物环境行为的研究。

Description

一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置领域，具体涉及一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置。

背景技术

海洋飞沫气溶胶(Sea-Spray aerosol,SSA)是指在海风或海浪的作用下，海水表面气泡破裂产生的颗粒，其直径从10纳米到几毫米不等，并可在大气中停留。已有研究表明海洋飞沫雾气溶胶态污染物构成了污染物海-气交换过程的重要环节，是海洋大气污染物的重要来源之一。因此研究海洋飞沫气溶胶态污染物的发生、释放和转化过程对探索海洋污染物的环境行为至关重要。

海洋飞沫气溶胶态污染物的模拟是开展相关研究的基础和前提。目前常见海洋飞沫气溶胶发生方法主要包括鼓泡法、射流法和破碎法，但上述方法都存在一定不足。其中鼓泡法产生的气泡尺寸集中在1mm以内，缺少直径1mm以上的大气泡，与真实的自然海洋条件有较大差别；破碎法通常采用人工造浪池，其装置体积较大，对实验室空间要求较高；射流法产生的气泡尺寸分布与自然海洋条件类似，但已有的装置大多基于外置水泵产生射流，易受污染，难以保证实验的条件可控性及重现性，不适用于痕量污染物的模拟。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其可在实验室内模拟海洋飞沫气溶胶及气溶胶态污染物的发生，用于实验室内开展海洋飞沫气溶胶中痕量污染物环境行为的研究。

为实现上述目的，本实用新型可以采用以下技术方案进行：

一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其包括：

模拟室，其具有容纳腔；

稳流室，其设置于所述模拟室的容纳腔内，且所述稳流室具有射流管；以及，

带有外置水泵的循环管路，其出水口设置于所述模拟室内，进水口设置于所述稳流室内，其中，所述射流管的射流口设置于所述稳流室的外侧面。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述模拟室为立方体结构，且所述模拟室的顶部安装有透明的可拆卸封盖，所述可拆卸封盖上设置有分别配有塞盖的排气口、进气口和取样口。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述进水口和所述出水口均设置在所述模拟室的一侧壁上。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述稳流室为封闭的立方体结构，且所述稳流室紧靠与所述进水口、所述出水口同侧的所述模拟室的内壁设置。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述射流管设有用于调节流量的水阀。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述稳流室的上方设置有排气管，所述排气管设有用于调节气流的气阀。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述射流管与所述模拟室内液面的距离为100mm。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述模拟室和所述稳流室由透明材质制成，且所述模拟室、所述稳流室和管路均内涂特氟龙涂层。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述稳流室底部与所述模拟室底部的距离为150～200mm。

如上所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，进一步地，所述模拟室内的水位高度为100mm，所述稳流室内的水位高度为100mm。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本装置产生的气泡分布与实际情况相似，可以有效地模拟海洋飞沫气溶胶的发生；

2、本装置体积小，便于实验室内安装及操作，可搭载科考船开展原位研究；

3、开展气溶胶模拟时，液体在装置内循环，不与外界直接接触，且装置内保持微正压环境，避免了外界污染物的干扰；

4、各项参数设置灵活，可模拟不同条件下海洋飞沫气溶胶的发生，以满足实验需求；

5、本装置的模拟室、稳流室及管路内均涂特氟龙涂层，海水不直接接触泵体，适于开展海洋痕量有机污染物的环境行为研究；此外本装置的兼容性强，可开展单次式或连续式气溶胶态污染物模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本实用新型实施例的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置的主视图；

图3为本实用新型实施例的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置的俯视图；

图4为本实用新型实施例的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置的侧视图；

图5为本实用新型实施例的发生装置用于连续式气溶胶模拟实验的运行示意图；

图6为本实用新型实施例的发生装置产生的气泡图；

图7为本实用新型实施例的发生装置产生的气溶胶气泡粒径分布图。

其中：1、模拟室；2、稳流室；3、水泵；4、出水口；5、进水口；6、射流管；7、水阀；8、排气管；9、气阀；10、进气口；11、取样口；12、排气口；13、水管；14、可拆卸封盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例：

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本实用新型实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1至图7，本实用新型提供了一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其可在实验室内模拟海洋飞沫气溶胶及气溶胶态污染物的发生，装置产生的气泡分布与实际情况相似，可以有效地模拟海洋飞沫气溶胶的发生；且开展气溶胶模拟时，液体在装置内循环，不与外界直接接触，且装置内保持微正压环境，避免了外界污染物的干扰。此外，本装置体积小，便于实验室内安装及操作，可搭载科考船开展原位研究；各项参数设置灵活，可模拟不同条件下海洋飞沫气溶胶的发生，以满足实验需求。

参见图1，图1展示了一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其包括：模拟室1、稳流室2以及带有外置水泵3的循环管路，其中，模拟室1具有容纳腔；稳流室2设置于模拟室1的容纳腔内，且稳流室2具有射流管6；带有外置水泵3的循环管路的出水口4设置于模拟室1内，进水口5设置于稳流室2内，射流管6的射流口设置于稳流室2的外侧面。

具体地，稳流室2在模拟室1的容纳腔内，紧贴模拟室1的内壁设置，且与进水口5、出水口4同侧，整体为立方体结构，示例性地，其底面长为100mm，宽50mm，高150mm，稳流室2底部距离模拟室1底部150～200mm。射流管6设置与稳流室2内，且射流管6水平位置高于进水口5，示例性地，射流管6的内径为3.5mm，管长为14mm，射流管6距离稳流室2底部的距离为50～100mm。优选地，模拟室1内水位设置为100mm，射流管6与模拟室1内液面间的距离为100mm，稳流室2内水位设置为100mm，以实现射流管6的稳定出水，射流流速一般为0.448L/min。水泵3采用现有的外置蠕动泵，可通过调节转速以控制流量，同时，在使用过程中，液体通过水管13运输，不直接接触泵体，以避免液体污染及泵体受损。水泵3通过水管13一端连接出水口4，一端连接进水口5。本装置使用时，模拟室1内的液体从出水口4流出，通过水泵3从进水口5流入稳流室2，当稳流室2内液面达到一定高度后，液体从射流管6流出，并在模拟室1内产生稳定连续射流，射流撞击液面后会在液面下形成大量气泡，当气泡上升并破裂时会产生飞溅小液滴，形成海洋飞沫气溶胶，并使其中裹挟的气溶胶态污染物。

可以理解地是，本实用新型可用于开展单次式或连续式气溶胶态污染物模拟实验。开展单次式气溶胶模拟实验时，液体在装置内循环，不与外界直接接触，且装置内保持微正压环境，避免了外界污染物的干扰，如图1所示；开展连续式气溶胶污染物模拟时，水管13一端可连接外部大体积样品池或直连原位海水，开展连续式气溶胶模拟实验，如图5所示。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，模拟室1为立方体结构，且模拟室1的顶部安装有透明的可拆卸封盖14，可拆卸封盖14上设置有分别配有塞盖的排气口12、进气口10和取样口11。

本实施例中，模拟室1整体呈立方体结构，示例性地，其底面边长为250mm，高300mm。模拟室1顶部的可拆卸封盖14上设置有一系列开孔，分别用作进气口10、取样口11和排气口12，孔口均配有塞盖，且可根据实际情况调整开孔数量及位置，示例性地，开孔中心距离边缘50mm，直径为10mm。进气口10用于向装置内部通入干净空气，在实验开始需先通入干净空气，以避免外部空气的污染。出气口用于维持装置内部气压稳定，使用时需调节进气口10气体流量，使装置内部维持微正压环境，防止外部空气污染海洋飞沫气溶胶成分。采样口用于采集气溶胶及气溶胶态污染物。进一步地，进水口5和出水口4均设置在模拟室1的一侧壁上，出水口4距离模拟室1底面的距离为30mm，进水口5与出水口4中心位于同一垂直线上，且进水口5水平位置高于出水口4。优选地，出水口4内径为10mm，进水口5内径为3.5mm。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，稳流室2为封闭的立方体结构，且稳流室2紧靠与进水口5、出水口4同侧的模拟室1的内壁设置。示例性地，出水口4位于稳流室2的外部，进水口5则位于稳流室2的内部，且进水口5中心距离稳流室2底面的距离为20mm。进一步地，射流管6设有用于调节流量的水阀7。示例性地，水阀7设置在射流管6的前端。更进一步地，稳流室2的上方设置有排气管8，排气管8设有用于调节气流的气阀9。示例性地，气阀9设置在稳流室2的顶部，且其开孔直径为4mm。本实施例中，通过安装水阀7和气阀9，能够调节稳流室2内液面高度，从而调节射流流量。

作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，模拟室1和稳流室2由透明材质制成，且模拟室1、稳流室2和管路均内涂特氟龙涂层。本实施例中，模拟室1和稳流室2均采用透明材料制作，以便实时观察液面高度及海洋飞沫气溶胶的产生。模拟室1、稳流室2及管路均内涂特氟龙涂层，以避免装置材料对实验中痕量污染物产生干扰。优选地，管路的内径为10mm。

为了更好地理解本实用新型，以下对本实用新型的装置开展海洋飞沫气溶胶态污染物实验的步骤进行阐述：

(1)配置人工海水，并添加指定浓度的污染物，搅拌均匀后将混合液转移至模拟室1内，调整模拟室1水位，一般为100～150mm；

(2)混合液通过水泵3由模拟室1输送至稳流室2内，当水位达到一定高度后由射流管6流出至模拟室1，模拟室1液面与射流管6距离为100mm，射流流速一般为0.4～0.5L/min；

(3)通过进气口10向装置内通入干净空气，使原有空气由出气口排出；

(4)稳定运行一段时间后，通过取样口11采集产生的海洋飞沫气溶胶，对其中的目标污染物进行检测。

由于本装置采用透明材质制成，可观察到射流撞击水面后在水面下方产生大量气泡，如图6所示，海洋飞沫气溶胶的发生与气泡的尺寸分布密切相关，而且气泡的破裂与喷溅可能会将液体中混合的污染物转移至空气中，因此本实施例通过测量气泡尺寸的分布对海洋飞沫气溶胶的发生进行验证。

本实施例中，射流管6与液面距离保持在100mm，稳定运行后，对水下气泡进行拍摄，每30s拍一张照片，持续30分钟，共拍摄61张照片，如图6所示，拍摄参数为f/7.1，1/3200。对照片中每个气泡大小进行测量，可得到气泡的尺寸分布，如图7所示。根据已有资料显示，在自然条件下产生的气泡尺寸分布符合N(r)＝kr^m的幂律分布，在双对数坐标系下，对于半径小于1mm的气泡，斜率参考值为-3/2，对于半径大于1mm的气泡，斜率参考值为-10/3。而本实施例中，气泡尺寸分布的斜率分别为-1.81和-2.85，与真实情况类似。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，包括：

模拟室，其具有容纳腔；

稳流室，其设置于所述模拟室的容纳腔内，且所述稳流室具有射流管；以及，

带有外置水泵的循环管路，其出水口设置于所述模拟室内，进水口设置于所述稳流室内，其中，所述射流管的射流口设置于所述稳流室的外侧面。

2.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述模拟室为立方体结构，且所述模拟室的顶部安装有透明的可拆卸封盖，所述可拆卸封盖上设置有分别配有塞盖的排气口、进气口和取样口。

3.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述进水口和所述出水口均设置在所述模拟室的一侧壁上。

4.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述稳流室为封闭的立方体结构，且所述稳流室紧靠与所述进水口、所述出水口同侧的所述模拟室的内壁设置。

5.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述射流管设有用于调节流量的水阀。

6.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述稳流室的上方设置有排气管，所述排气管设有用于调节气流的气阀。

7.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述射流管与所述模拟室内液面的距离为100mm。

8.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述模拟室和所述稳流室由透明材质制成，且所述模拟室、所述稳流室和管路均内涂特氟龙涂层。

9.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述稳流室底部与所述模拟室底部的距离为150～200mm。

10.根据权利要求1所述的海洋飞沫气溶胶态污染物的发生装置，其特征在于，所述模拟室内的水位高度为100mm，所述稳流室内的水位高度为100mm。

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