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检测用凝聚式气溶胶发生器的高压改造_吴 宪,石 岩

综述了凝聚式发生单分散气溶胶的条件。通过控制凝结核和蒸汽的浓度,并使其在控制的条件下冷凝而发生单分散气溶胶。凝聚式气溶胶发生器里,首先压缩空气通过喷嘴形成喷雾,喷雾形成的液滴干燥后形成凝结核,将凝结核
下载次数:578 浏览次数:1268发布时间:2017-12-21 17:26
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综述了凝聚式发生单分散气溶胶的条件。通过控制凝结核和蒸汽的浓度,并使其在控制的条件下冷凝而发生单分散气溶胶。凝聚式气溶胶发生器里,首先压缩空气通过喷嘴形成喷雾,喷雾形成的液滴干燥后形成凝结核,将凝结核和另一种蒸汽相混合,冷却后蒸汽将凝结在凝结核上,最终形成分散度较好的气溶胶。如图1 所示。由于凝结核本身的粒径远小于最终形成的气溶胶粒径,因此凝结核的尺寸并没有影响,而凝结核的浓度却直接关系到生成气溶胶的浓度。凝聚式气溶胶发生器能够发生高浓度的微米级和亚微米级的例子。1. 2 颗粒生成原理凝聚式气溶胶发生原理,即通过蒸汽在凝结核上降温凝结,形成气溶胶粒子。整个过程既要产生可用的适量凝结核,又要产生适量的用于凝结的蒸汽,最后再让蒸汽在凝结核上降温凝结,这三个过程是气溶胶发生的关键。从文献[2]中可以得出这样的结论: 凝结是饱和蒸汽凝结在凝结核上集聚,最后生长成较大液滴粒子的过程。过饱和蒸汽和凝结核是发生凝结的必要的物质条件。冷凝过程根据有无外来凝结核的参与,可分为均质成核和非均质成核两类基本的凝结过程。两类凝结过程的发生都需要过饱和的蒸汽和凝结核,但是,两类凝结过程的实现的难易程度是不一样的,非匀质成核凝结所需的饱和比远小于匀质成核凝结所需的饱和比,也就是说,非匀质成核凝结比匀质成核凝结来实现起来更容易。另外,根据开尔文效应,只有当蒸汽的饱和比S > 1 时才会发生冷凝现象,并且对于给定冷凝温度的特定饱和蒸汽来说,其饱和比S 越高,发生冷凝的临界直径越小,实现起来更容易,而实际上,在较低的温度和压力下,要想大幅度的提高蒸汽的过饱和度是很困难的。2 气溶胶发生器的设计气溶胶发生器的发生过程包含3 种不同的参与物质、4 个主要的作用容器以及相应的环境设备和检测设备,整个设计过程包括对发生流程、反应物质、制造工艺和过程控制的相互协调和不断修正。已有的气溶胶发生器的初始压力情况和出口压力与设计目标相差较大,现有的气溶胶发生器出口压力值约为0. 1 MPa( 即为常压) ,改造目标为出口最大压力为0. 5 ~ 1 MPa,主要的设计目标即为整体改造为能承受高压即可,原理和流程基本不变,但在具体的各部分元件也均有改变。2. 1 气溶胶发生器的主体设计选用DOS 作为饱和蒸汽的来源NaCl 为凝结核物质,通过喷雾器喷雾后干燥,得到NaCl 的凝结核。初步的气溶胶发生器系统流程图如图2 所示。图2 气溶胶发生器系统流程图洁净的压缩空气作为气源,通过喷雾器产生NaCl的小液滴,液滴经过干燥设备后形成NaCl 的晶核。饱和器中不断加热产生DOS 饱和蒸汽,NaCl 晶核与DOS饱和蒸汽混合,同时进入再热器,经过再热使DOS 充分蒸发,最后进入冷凝管,DOS 蒸汽均匀的冷凝在Cl 晶核上,形成气溶胶粒子。 2 气溶胶发生器的具体设计图3 中,洁净压缩空气作为系统气源,以一定的压力进入Laskin 喷嘴,将喷雾器里盛有的氯化钠溶液喷成细小的氯化钠液滴。喷雾前后串联的压力计用来显示和调节喷雾压力的大小,同时检测喷嘴的压力降,控制喷雾的实际压力。喷雾后氯化钠液滴进入缓冲瓶,大的液滴凝结。缓冲瓶后的氯化钠小液滴随气流进入硅胶干燥管,干燥后结晶形成更小的氯化钠固体结晶粒子。氯化钠晶核随气流经过两个旁通管路后进入盛有DOS 溶液的饱和器中,饱和器持续加热,DOS 溶液在一定的压力和温度下蒸发。进入再热器的为NaCl凝结核粒子和DOS 蒸汽两者的混合物。该混合物通过再热器进一步加热使得蒸汽过饱和,最后在冷凝管中
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