專利名稱：一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多相流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣溶膠是固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，作為分散相的小質(zhì)點(diǎn)當(dāng)量直徑約為10_5nTl0_9m。煙、霧、霾、揚(yáng)塵等都是氣溶膠的各種具體存在形式。在工業(yè)生產(chǎn)中，氣溶膠行為特性的研究具有重要的意義。各種鍋爐、發(fā)動(dòng)機(jī)排放的煙氣對(duì)環(huán)境造成污染；核電壓水堆蒸汽發(fā)生器中傳熱管的磨損，高溫氣冷堆中石墨粉塵在管道中的沉積，以及核電站嚴(yán)重事故情況下會(huì)產(chǎn)生大量放射性氣溶膠。在環(huán)境方面，可吸入顆粒物已成為我國(guó)大多城市的首要空氣污染物。2011年秋冬季節(jié)北京霧霾污染天氣頻發(fā)， PM2.5污染指數(shù)居高不下，危害市民身體健康，干擾航空交通運(yùn)行，受到廣大民眾的關(guān)注與詬病。因此，研究氣溶膠的運(yùn)動(dòng)與沉積行為特性具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)際價(jià)值，為開(kāi)發(fā)新的氣溶膠脫除與檢測(cè)技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。氣溶膠運(yùn)動(dòng)的研究屬于多相流研究課題。目前，國(guó)內(nèi)外建立了許多微小細(xì)粒子動(dòng)力學(xué)模型，都是從不同角度對(duì)真實(shí)過(guò)程的模擬與近似，各個(gè)模型有不同的運(yùn)用條件與側(cè)重方面；在不同的具體條件下，細(xì)粒子的運(yùn)動(dòng)與沉積機(jī)理也是不盡相同的，以沉降、凝聚等原理為基礎(chǔ)的細(xì)顆粒脫除裝置對(duì)亞微米級(jí)和納米級(jí)顆粒的脫除效率不高；在氣溶膠觀測(cè)技術(shù)上，多選用先進(jìn)的roA系統(tǒng)，但測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)際情況找到合適的測(cè)量方法。由于設(shè)計(jì)與加工的困難，目前對(duì)氣溶膠粒子在通道中的觀測(cè)，多采用無(wú)視窗前后端濃度差測(cè)量方式，無(wú)法觀察全流場(chǎng)整體變化情況。這樣就無(wú)法在線觀測(cè)到氣溶膠粒子的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，特別是無(wú)法在線實(shí)時(shí)測(cè)量通道內(nèi)所有區(qū)域的速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)等，因而具有較大的局限性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述技術(shù)的不足，提供一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)。一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)。如圖I所示，此系統(tǒng)包括尾氣凈化裝置I、可視段出口端熱電偶2、可視段5、可視段入口端熱電偶6依次相連，可視段5上裝有石英玻璃視窗3，氣溶膠觀測(cè)設(shè)備4與石英玻璃視窗3相對(duì)，浮子流量計(jì)7分別與風(fēng)機(jī)8和加熱器9相連，加熱器9分別與氣溶膠發(fā)生器11和加熱器出口端熱電偶12相連，氣溶膠發(fā)生器11與氣瓶10相連，加熱器出口端熱電偶12與彌散系混合縮擴(kuò)管13相連,彌散系混合縮擴(kuò)管13與可視段入口端熱電偶6相連，循環(huán)水泵15分別與冷卻水出口端熱電偶14和冷卻水入口端熱電偶16相連，冷卻水出口端熱電偶14和冷卻水入口端熱電偶16分別與可視段5相連。所述可視段5，如圖2、圖3所示包括蓋板17與可視段外結(jié)構(gòu)壁面21通過(guò)螺栓18相連，可視段外結(jié)構(gòu)壁面21圍成冷卻水運(yùn)動(dòng)通道20，冷卻水運(yùn)動(dòng)通道20包裹著彌散系運(yùn)動(dòng)通道19，石英玻璃視窗3位于彌散系運(yùn)動(dòng)通道19上，并且位于蓋板17與可視段外結(jié)構(gòu)壁面21之間。所述石英玻璃視窗3長(zhǎng)度為1000mm、寬度為40mm、厚度為5mm ;石英玻璃視窗3或分割設(shè)立，分段觀察。所述可視段5，可視段外結(jié)構(gòu)壁面21由不銹鋼制造，蓋板17由具鋁合金材料制造，石英玻璃視窗3由具有光學(xué)性能的石英玻璃材料制造。其中彌散系運(yùn)動(dòng)通道19截面尺寸為20mmX 20mm的正方形；冷卻水通道20截面為底邊60mm，高35mm的“凹”字型通道，包裹著彌散系通道19，如圖2所示。外結(jié)構(gòu)壁面21底邊厚度為8mm，兩側(cè)厚度為15mm。蓋板17厚度為10mm?？梢暥?的整體長(zhǎng)度為1200mm。所述水泵15的揚(yáng)程為5m。 所述熱電偶可視段出口端熱電偶2、可視段入口端熱電偶6、加熱器出口端熱電偶12、冷卻水出口端熱電偶14、冷卻水入口端熱電偶16均為數(shù)顯型，測(cè)溫范圍為-500C 500°C，測(cè)量精度為O. Ol0Co該系統(tǒng)具有多類型的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄與控制元件氣溶膠發(fā)生器11控制給料量；浮子流量計(jì)7記錄主流流量與壓力，并且主流流量遠(yuǎn)大于用于給料的氣瓶10流量，加熱器9控制溫度，將主流氣體加熱到不同溫度；可視段入口端熱電偶6、出口端熱電偶2分別記錄氣溶膠分散系進(jìn)出口溫度；冷卻水入口端熱電偶16、出口端熱電偶14分別記錄冷卻水進(jìn)出口溫度；加熱器出口端熱電偶12起到監(jiān)測(cè)作用，防止溫度過(guò)高使氣溶膠產(chǎn)生化學(xué)和物理變化。本實(shí)用新型的有益效果該系統(tǒng)是一套綜合性系統(tǒng)，既可以用于氣載固體小顆粒運(yùn)動(dòng)研究，也可以用于氣載微液滴運(yùn)動(dòng)研究；既可以用于研究微粒子的湍流運(yùn)動(dòng)、湍流沉積、熱泳沉積等；也可以用于實(shí)現(xiàn)新的細(xì)微粒子實(shí)時(shí)觀測(cè)方法。該系統(tǒng)區(qū)別于其他系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是長(zhǎng)度為IOOOmm的整體石英玻璃視窗。這樣就可以對(duì)氣溶膠微粒子進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量，連續(xù)觀測(cè)入口段、充分發(fā)展段到出口段的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)等參數(shù)的變化，也做到了對(duì)運(yùn)動(dòng)與沉積規(guī)律更全面、更細(xì)致的實(shí)時(shí)觀察與測(cè)量。

圖I是可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)圖；其中各標(biāo)號(hào)的意義為1_尾氣凈化裝置、2-可視段出口端熱電偶、3-石英玻璃視窗、4-氣溶膠觀測(cè)設(shè)備、5-帶有視窗和水冷通道的可視段、6-可視段入口端熱電偶、7-浮子流量計(jì)、8-風(fēng)機(jī)、9-加熱器、10-氣瓶、11-氣溶膠發(fā)生器、12-加熱器出口端熱電偶、13-彌散系混合縮擴(kuò)管、14-冷卻水出口端熱電偶、15-循環(huán)水泵、16-冷卻水入口端熱電偶。圖2是可視段橫截剖面示意圖；圖3是可視段立體示意圖；圖2和圖3中各標(biāo)號(hào)的意義為17_蓋板、18_螺檢、19_彌散系運(yùn)動(dòng)通道、20-冷卻水運(yùn)動(dòng)通道、21-可視段外結(jié)構(gòu)壁面、3-石英玻璃視窗。
具體實(shí)施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，此系統(tǒng)包括尾氣凈化裝置I、可視段出口端熱電偶2、可視段5、可視段入口端熱電偶6依次相連，可視段5上裝有石英玻璃視窗3，氣溶膠觀測(cè)設(shè)備4與石英玻璃視窗3相對(duì)，浮子流量計(jì)7分別與風(fēng)機(jī)8和加熱器9相連，加熱器9分別與氣溶膠發(fā)生器11和加熱器出口端熱電偶12相連，氣溶膠發(fā)生器11與氣瓶10相連，加熱器出口端熱電偶12與彌散系混合縮擴(kuò)管13相連，彌散系混合縮擴(kuò)管13與可視段入口端熱電偶6相連，循環(huán)水泵15分別與冷卻水出口端熱電偶14和冷卻水入口端熱電偶16相連，冷卻水出口端熱電偶14和冷卻水入口端熱電偶16分別與可視段5相連。如圖2、圖3所示可視段5包括蓋板17與可視段外結(jié)構(gòu)壁面21通過(guò)螺栓18相連，可視段外結(jié)構(gòu)壁面21圍成冷卻水運(yùn)動(dòng)通道20，冷卻水運(yùn)動(dòng)通道20包裹著彌散系運(yùn)動(dòng)通道19，石英玻璃視窗3位于彌散系運(yùn)動(dòng)通道19上，并且位于蓋板17與可視段外結(jié)構(gòu)壁面21之間?？梢暬匦瓮ǖ罋馊苣z運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)的運(yùn)行流程為系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)8，調(diào)節(jié)到合適流量，檢查系統(tǒng)各處是否有漏氣現(xiàn)象；若無(wú)漏氣現(xiàn)象，開(kāi)啟加熱器9，設(shè)置好溫度，同時(shí)打開(kāi)水泵15，讓系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間；等到加熱器9穩(wěn)定達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，設(shè)定氣溶膠發(fā)生器11給料量，打開(kāi)氣瓶10，啟動(dòng)氣溶膠發(fā)生器11開(kāi)始給料；開(kāi)啟氣溶膠觀測(cè)設(shè)備4，按照預(yù)先設(shè)置的測(cè)點(diǎn)和路徑進(jìn)行測(cè)量；記錄浮子流量計(jì)7、各個(gè)熱電偶2、6、14、16的數(shù)值；最后對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。所涉及的可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)流動(dòng)工質(zhì)是氣溶膠彌散體。主流載氣由風(fēng)機(jī)8提供，空氣經(jīng)過(guò)浮子流量計(jì)7進(jìn)入加熱器9被加熱。氣溶膠由氣溶膠發(fā)生器11提供，由氣瓶10提供壓力噴入主流通道，在加熱器出口段與主流空氣混合。主流空氣攜帶氣溶膠進(jìn)入兩段彌散系混合縮擴(kuò)管13，氣溶膠顆粒在其中被加熱并與空氣均勻充分混合，再通入可視段5。氣溶膠彌散系在尾氣排出之前經(jīng)過(guò)凈化裝置1，以防止對(duì)環(huán)境造成污染和對(duì)操作人員健康造成傷害。所涉及的可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)的可視段5，利用冷卻水通道20包裹彌散系通道19，對(duì)氣溶膠彌散體進(jìn)行冷卻，在彌散系通道19中創(chuàng)造出較大溫度梯度。氣溶膠粒子在可視段5中，從一端向另一端流動(dòng)，期間受到湍流作用、邊界效應(yīng)、溫度場(chǎng)作用等影響。利用氣溶膠觀測(cè)設(shè)備4，通過(guò)石英玻璃視窗3可以對(duì)氣溶膠粒子運(yùn)動(dòng)情況實(shí)時(shí)進(jìn)行觀察以及速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和粒徑分布的實(shí)時(shí)測(cè)量。所涉及的加熱器9可以對(duì)主流氣體溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在可視段5中建立不同強(qiáng)度的溫度場(chǎng)。所涉及的風(fēng)機(jī)8可以對(duì)主流流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得氣溶膠粒子在可視段5中有不同的入口速度。所涉及的氣溶膠發(fā)生器11，對(duì)給料量可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得可視段5中氣溶膠彌散系可以具有不同的濃度條件。所涉及的熱電偶可視段出口端熱電偶2、可視段入口端熱電偶6、冷卻水出口端熱電偶14、冷卻水入口端熱電偶16，可以對(duì)流道中的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。測(cè)量探頭深入流動(dòng)工質(zhì)內(nèi)部，可以測(cè)得流動(dòng)工質(zhì)的真實(shí)溫度。
權(quán)利要求1.一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)，其特征在于，此系統(tǒng)包括尾氣凈化裝置(I)、可視段出口端熱電偶(2)、可視段(5)、可視段入口端熱電偶(6)依次相連，可視段(5)上裝有石英玻璃視窗(3)，氣溶膠觀測(cè)設(shè)備(4)與石英玻璃視窗(3)相對(duì)，浮子流量計(jì)(7 )分別與風(fēng)機(jī)(8 )和加熱器(9 )相連，加熱器(9 )分別與氣溶膠發(fā)生器(11)和加熱器出口端熱電偶(12)相連，氣溶膠發(fā)生器(11)與氣瓶(10)相連，加熱器出口端熱電偶(12)與彌散系混合縮擴(kuò)管(13)相連，彌散系混合縮擴(kuò)管(13)與可視段入口端熱電偶(6)相連，循環(huán)水泵(15)分別與冷卻水出口端熱電偶(14)和冷卻水入口端熱電偶(16)相連，冷卻水出口端熱電偶(14)和冷卻水入口端熱電偶(16)分別與可視段(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述可視段(5)包括蓋板(17)與可視段外結(jié)構(gòu)壁面(21)通過(guò)螺栓(18)相連，可視段外結(jié)構(gòu)壁面(21)圍成冷卻水運(yùn)動(dòng)通道(20),冷卻水運(yùn)動(dòng)通道(20)包裹著彌散系運(yùn)動(dòng)通道(19),石英玻璃視窗(3)位于彌散系運(yùn)動(dòng)通道(19)上的蓋板(17)與可視段外結(jié)構(gòu)壁面(21)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)，其特征在于，石英玻璃視窗(3)長(zhǎng)度為1000mm、寬度為40mm、厚度為5mm ;石英玻璃視窗(3)或分割設(shè)立，分段觀察。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)，其特征在于，所述可視段(5)，可視段外結(jié)構(gòu)壁面(21)由不銹鋼制造，蓋板(17)由具鋁合金材料制造，石英玻璃視窗(3)由具有光學(xué)性能的石英玻璃材料制造。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了屬于多相流技術(shù)領(lǐng)域的一種可視化窄矩形通道氣溶膠運(yùn)動(dòng)沉積系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，主流氣體由風(fēng)機(jī)供給并由加熱器加熱；氣溶膠發(fā)生器通過(guò)支路加入固體小顆?；蛞后w微液滴，形成彌散系；彌散系經(jīng)過(guò)可視段時(shí)被冷卻，最后通過(guò)尾氣凈化裝置排出；利用氣溶膠觀測(cè)設(shè)備通過(guò)可視段實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)微粒子實(shí)時(shí)的觀察與測(cè)量。該系統(tǒng)的主要特征為可視段擁有長(zhǎng)達(dá)1000mm的石英玻璃視窗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)微粒子整段連續(xù)運(yùn)動(dòng)的觀察與測(cè)量；系統(tǒng)安全可靠，并可以對(duì)溫度、流量、濃度等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)有助于總體機(jī)械設(shè)備構(gòu)造、多相流、環(huán)境保護(hù)、氣溶膠運(yùn)動(dòng)、熱泳效應(yīng)等學(xué)科方面的研究。
文檔編號(hào)G01N15/04GK202599793SQ20122023590
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者周濤, 王澤雷, 樊昱楠, 汝小龍 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)