[发明专利]一种基于文丘里效应的气溶胶鞘流检测结构

说明书

本发明公开了一种基于文丘里效应的气溶胶鞘流检测结构，包括入口、收缩段、喉口段、扩散段、出口和光学检测区；所述入口用于输入气溶胶气流，所述收缩段用于加速气溶胶气流并且可使流体内压力降低；所述喉口段在收缩段后方，所述喉口段长度方向中部外侧环绕一周均匀布置3个以上鞘气入口通道用于输入鞘气，所述鞘气入口通道与喉口段内径圆周相切；所述扩散段可使流体流速降低同时增加流体内压力；所述出口用于输出包含气溶胶和鞘气的稳定鞘流进入光学检测区，所述光学检测区为光学观察区域。

技术领域

本发明涉及一种利用文丘里效应将气溶胶形成稳定鞘流并对其检测的鞘流检测结构。

背景技术

鞘流是一种利用鞘气（或鞘液）包裹待测粒子以层流为流动形式的流动状态，其中待测粒子被鞘气（或鞘液）限制在中间区域流动。其主要作用是限制待测粒子的流动行为，约束其以单颗粒的方式流过检测通道，减少粒子之间的重叠混杂，在粒子流经检测通道的过程中，可以对粒子进行多种技术的检测工作，鞘流的流动形式能够极大的提高检测过程的精度，并且能够避免过高浓度的粒子堵塞通道。例如常见的流式细胞仪，其鞘流池结构可以使鞘液以层流流动，然后细胞再以稍高的压力注入流的中心，流体动力聚焦原理使细胞在鞘液的保护下在流动方向上排列成一条直线得以单个细胞逐个流过检测器件。再例如尘埃粒子计数器，也是通过鞘流结构将高浓度的尘埃粒子在鞘气保护的形式下，以较低浓度的层流流过仪器检测部件从而精确计数尘埃粒子。目前绝大多数的鞘流检测器件及结构都是针对液相流体的，并且现有鞘流结构单一，基本全都是依靠流量控制形成鞘流，而针对气溶胶的检测多以群粒子探测宏观属性为主。本发明针对这一现状，提供了一种基于文丘里效应的气溶胶鞘流检测结构，实现对气溶胶的单颗粒级精准流动控制和检测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于文丘里效应的气溶胶鞘流检测结构。

本发明采用的技术方案是：一种基于文丘里效应的气溶胶鞘流检测结构，所述气溶胶鞘流检测结构包括入口、收缩段、喉口段、扩散段、出口和光学检测区；所述入口用于输入气溶胶气流，所述收缩段用于加速气溶胶气流并且可使流体内压力降低；所述喉口段在收缩段后方，所述喉口段长度方向中部外侧环绕一周均匀布置3个以上鞘气入口通道用于输入鞘气，所述鞘气入口通道与喉口段内径圆周相切；所述扩散段可使流体流速降低同时增加流体内压力；所述出口用于输出包含气溶胶和鞘气的稳定鞘流进入光学检测区，所述光学检测区为光学观察区域。

所述鞘气入口通道数量为4个。

所述收缩段张角为21°±2°，扩散段张角为14°±2°，喉口段长度与喉口段直径相同。

所述4个鞘气入口通道与文丘里鞘流结构主轴线夹角均为45°~60°，所述鞘气入口通道内壁与喉口段管道内径圆周均相切并且互相间隔90°均匀分布，表现为四角切圆结构，以保证鞘气进入喉口段时具有一定的切向流速，由于离心作用可做圆周运动贴壁流动。

所述气溶胶鞘流检测结构气溶胶气流流量与鞘气气流流量之比为0.8~1。

所述气溶胶鞘流检测结构材质为不锈钢，其中光学检测区材质为高透光率的石英玻璃或有机玻璃。

所述气溶胶鞘流检测结构入口及出口内径为1mm-2mm，鞘气入口通道内径为1mm-2mm，收缩段长度为2.7倍的入口段内径，喉口段内径与入口内径之比为0.5-0.75，喉口段长度与喉口段内径相同，扩散段长度为4倍的入口段内径。

本发明的有益效果是：本发明的鞘气进气方式采用文丘里效应由样气流经文丘里结构喉口所产生的负压吸入，而且鞘气通过切线角度进入形成旋流，依靠离心作用能够迅速贴壁流动对样气形成包裹，经过扩散段后，旋流效果消散，鞘气在外、样气在内形成层流，保护样气中气溶胶颗粒逐个通过光学检测区。相比于传统仅通过流量及分层结构控制形成鞘流的方式，本发明利用文丘里效应这一种流体动力学特点能够适应更广的流速范围形成稳定鞘流，减少鞘气和样气的重叠混杂，同时取消了传统鞘流结构中复杂的分层结构式管路，大大降低加工难度。

附图说明