[发明专利]一种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置

说明书

一种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置，属于温湿度可控的湍流场碰撞团聚的实验装置领域。这种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置可实现气流速度控制在0.5‑20m/s、气流温度控制在220‑230℃的微米尺度颗粒间的碰撞团聚实验研究工作，为颗粒间的碰撞团聚过程的理论研究提供有效的支撑。相比于传统固定的扰流柱结构，该装置设置了可旋转的扰流叶轮，启动快，扰流作用更强，提高了颗粒碰撞效率，在颗粒除尘领域有较大的应用前景。湍流碰撞团聚装置通过改变扰流叶轮的尺寸、数量及转速以产生不同形式的湍流场。另外，高速摄像系统可清晰地拍摄粒径为2μm以上颗粒间碰撞团聚板的过程。

技术领域

本发明涉及一种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置，属于温湿度可控的湍流场碰撞团聚的实验装置领域。

背景技术

细颗粒物沉积现象存在于能源、环境工程、化工、微电子和机械工程等众多领域。一方面，细颗粒沉积一般具有负面作用，如锅炉内换热管表面积灰导致传热恶化、透光元件上积灰会造成光通量下降（如太阳能光伏电池由于表面积灰而输出功率降低）、细颗粒在微机电系统内的沉积可能会引起机械故障或造成流动阻塞、大气细颗粒在人体呼吸道/肺泡部位沉积造成疾病等。另一方面，细颗粒沉积可以在实践中加以增强，以能源动力领域为例，通过外加声场、磁场、电场、化学团聚过程（亦称聚集过程）将细颗粒团聚成较大颗粒，从而在传统布袋或静电除尘器内有效沉积并脱除。

上述主要从宏观应用角度涉及多相流中细颗粒的沉积问题，为揭示这些过程背后物理本质，从表征微观尺度颗粒间相互作用的力-位移关系式出发，研究细颗粒间相互作用机理。两个相近粒径细颗粒相互接触的实验相对较难，因此设计实验温度和湿度可控的微米尺度颗粒之间碰撞团聚的实验装置是建立湿颗粒动力学理论必须的实验依据。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置。

本发明采用的技术方案是：一种温湿度可控的微米级颗粒湍流团聚的实验装置,它包括气粒发生装置、气粒混合加热装置、高速摄像装置和气粒排放处理装置，它还包括湍流碰撞团聚装置，所述气粒发生装置包含气瓶、质量流量计、加湿器和颗粒发生器，加湿器的喷雾器一端伸入气体混合器中，气瓶通过第一三通阀经第一支管、一个流量计连接第二三通阀，气瓶通过第一三通阀经第二支管、另一个流量计连接喷雾器，气体混合器上设置湿度仪，气体混合器通过管道经第二三通阀连接混合容器。

所述气粒混合加热装置包含混合容器和热电偶，在混合容器的外壁上设有加热元件，热电偶插入混合容器中，混合容器的入口通过管道连接气体混合器和颗粒发生器。

所述湍流碰撞团聚装置包含湍流团聚器，湍流团聚器的两侧设有观察窗，湍流团聚器的内部设置可旋转的扰流叶轮，所述扰流叶轮包含多个螺旋叶片，扰流叶轮在垂直气流流向的平面内直线排列，湍流团聚器的入口管道上设置第一等速取样器，出口管道上设置第二等速取样器，湍流团聚器的入口管道连接混合容器的出口。

所述湍流团聚器的尺寸为50D×20D×4D，扰流叶轮（10b）的直径为D，相邻扰流叶轮（10b）间的上下间距为4D，左右间距为5D，2mm≤D≤10mm。

所述高速摄像装置包含光源、高速摄像机和计算机，光源和高速摄像机设置在湍流团聚器观察窗的外侧，计算机连接高速摄像机，光源、观察窗和高速摄像机的摄像头位于同一直线上。

所述气粒排放处理装置包含静电除尘器和引风机，静电除尘器的入口管道连接湍流团聚器的出口，静电除尘器的出口管道连接引风机，静电除尘器的出口管道上设有第三等速取样器。

所述加热元件采用传热带或加热管。

所述气瓶内气体采用氮气、二氧化碳、空气中的至少一种。