[发明专利]一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统

说明书

技术领域

本发明属于多相流技术领域，具体涉及一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。

背景技术

气溶胶是固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，作为分散相的小质点当量直径约为10^-5m~10^-9m。烟、雾、霾、扬尘等都是气溶胶的各种具体存在形式。在工业生产中，气溶胶行为特性的研究具有重要的意义。各种锅炉、发动机排放的烟气对环境造成污染；核电压水堆蒸汽发生器中传热管的磨损，高温气冷堆中石墨粉尘在管道中的沉积，以及核电站严重事故情况下会产生大量放射性气溶胶。在环境方面，可吸入颗粒物已成为我国大多城市的首要空气污染物。2011年秋冬季节北京雾霾污染天气频发，PM_2.5污染指数居高不下，危害市民身体健康，干扰航空交通运行，受到广大民众的关注与诟病。因此，研究气溶胶的运动与沉积行为特性具有重要的学术和实际价值，为开发新的气溶胶脱除与检测技术提供理论基础。

气溶胶运动的研究属于多相流研究课题。目前，国内外建立了许多微小细粒子动力学模型，都是从不同角度对真实过程的模拟与近似，各个模型有不同的运用条件与侧重方面；在不同的具体条件下，细粒子的运动与沉积机理也是不尽相同的，以沉降、凝聚等原理为基础的细颗粒脱除装置对亚微米级和纳米级颗粒的脱除效率不高；在气溶胶观测技术上，多选用先进的PDA系统，但测量过程复杂，需要根据实际情况找到合适的测量方法。

由于设计与加工的困难，目前对气溶胶粒子在通道中的观测，多采用无视窗前后端浓度差测量方式，无法观察全流场整体变化情况。这样就无法在线观测到气溶胶粒子的连续运动，特别是无法在线实时测量通道内所有区域的速度场、浓度场等，因而具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提出一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。

一种可视化窄矩形通道气溶胶运动沉积系统。如图1所示，此系统包括：尾气净化装置1、可视段出口端热电偶2、可视段5、可视段入口端热电偶6依次相连，可视段5上装有石英玻璃视窗3，气溶胶观测设备4与石英玻璃视窗3相对，浮子流量计7分别与风机8和加热器9相连，加热器9分别与气溶胶发生器11和加热器出口端热电偶12相连，气溶胶发生器11与气瓶10相连，加热器出口端热电偶12与弥散系混合缩扩管13相连，弥散系混合缩扩管13与可视段入口端热电偶6相连，循环水泵15分别与冷却水出口端热电偶14和冷却水入口端热电偶16相连，冷却水出口端热电偶14和冷却水入口端热电偶16分别与可视段5相连。

所述可视段5，如图2、图3所示包括：盖板17与可视段外结构壁面21通过螺栓18相连，可视段外结构壁面21围成冷却水运动通道20，冷却水运动通道20包裹着弥散系运动通道19，石英玻璃视窗3位于弥散系运动通道19上，并且位于盖板17与可视段外结构壁面21之间。

所述石英玻璃视窗3长度为1000mm、宽度为40mm、厚度为5mm；石英玻璃视窗3或分割设立，分段观察。

所述可视段5，可视段外结构壁面21由不锈钢制造，盖板17由具铝合金材料制造，石英玻璃视窗3由具有光学性能的石英玻璃材料制造；气溶胶弥散系在弥散系运动通道19中运动，冷却水在冷却水运动通道20中流动，通过冷却水的冷却作用在弥散系运动通道19中建立具有温度梯度的温度场。其中弥散系运动通道19截面尺寸为20mm×20mm的正方形，内表面为光滑壁面；冷却水通道20截面为底边60mm，高35mm的“凹”字型通道，包裹着弥散系通道19，如图2所示。外结构壁面21底边厚度为8mm，两侧厚度为15mm。盖板17厚度为10mm。可视段5的整体长度为1200mm。

所述气溶胶发生器11向主流给料，给料量为2g/h~300g/h。

所述风机8的流量为0m³/h~50m³/h。

所述加热器9的最高加热温度为500℃，最大温升不超过15℃/s。

所述浮子流量计7的测量范围是2m³/h~25m³/h，工作压力需小于2MPa。

所述弥散系混合缩扩管13，对气溶胶粒子起到充分混合和加热作用，防止输送到可视段5中的弥散系浓度不均和细粒子加热不充分。

所述气瓶10保证气溶胶发生器11正常给料与出口正压，防止出口压力小于主流压力引起给料倒流。

所述水泵15的扬程为5m。