新型多级冲击采样器的设计与性能验证

大气气溶胶对环境污染、气候变化以及人体健康有着重要的影响。多级冲击器是目前广泛使用的气溶胶采样装置,该仪器基于惯性冲击原理对气溶胶颗粒按照空气动力学直径进行分离采集,可在不同收集级上得到不同粒径范围的颗粒,为进一步分析气溶胶的成分和来源提供了样品。论文的主要内容围绕多级冲击器的设计与性能验证展开。 1.综述了气溶胶的基本概念,气溶胶对气候、环境和人类健康的危害以及国际上对气溶胶研究的发展趋势,并介绍了目前国内外进行气溶胶采集和分析的主要方法。 2.介绍了空气动力学的一些基本性质和惯性碰撞的原理,在此基础上讨论了多级冲击采样器的工作原理。 3. 给出了给定流量和截止直径的单级冲击采样器喷嘴直径的计算方法,编制了相应程序;并讨论了各种设计参数对冲击器截止直径的影响;提出了一种减小喷嘴设计误差的方法。 4.编制了多级冲击器的设计程序,针对多级冲击器的加工精度进行了讨论,提出了一系列设计规则;根据上述设计规则提出了新的设计方法,该种设计方法可以极大提高设计速度,并且得到更好的设计效果;找到了减小设计误差的最佳方法。 5.对目前的多级冲击器进行了改进,并采用了多种方法对其性能进行较全面的测试。实验结果表明该采样系统较好地实现了气溶胶颗粒按尺寸的分离采集,满足颗粒成分分析及形貌研究的需要。 6.为了符合国际标准,在已有多级冲击采样器的基础上添加了2.5微米切割级,重新设计了多级冲击器的各个切割器;并进行了加工。 7.改进了单分散气溶胶引入装置,验证了其收集特性,证明了其可实现单分散气溶胶粒子的引入,可为粒径分析提供气溶胶粒子。