[发明专利]一种箱体内超细微粒沉积系数及平均凝并系数的测试系统及方法

摘要

本发明公开了一种应用于空气净化领域的气溶胶超细微粒在箱体内发生沉积和凝并时的测试装置和分析方法。所述的装置主要包括密封箱体、混合风扇、HEPA过滤器、空气进入管道、抽气真空泵、阀门1、抽气管道、气溶胶发生器、气溶胶微粒、连接管道、阀门2、超细微粒粒径谱测试仪、电脑、通讯电缆、环境温湿度及压力测试仪。所述的方法是先测试低浓度超细微粒的衰减，得出不同粒径的超细微粒沉积系数，再通过高浓度超细微粒的演变，由Bernouli方程求解出平均凝并系数。本发明试验系统清晰完整，计算分析方法正确合理，对于定量确定污染源微粒排放因子以及设计和评估新型空气净化器净化效率具有重要价值。

主权项

一种对密封箱体内超细微粒的沉积和平均凝并系数的测试方法，其特征在于，所述测试方法使用的测试系统包括密封箱体(1)、混合风扇(2)、HEPA过滤器(3)、空气进入管道(4)、抽气真空泵(5)、阀门I(6)、抽气管道(7)、气溶胶发生器(8)、气溶胶微粒(9)、连接管道(10)、阀门II(11)、超细微粒粒径谱测试仪(12)、电脑(13)、通讯电缆(14)、环境温湿度及压力测试仪(15)，密封箱体(1)顶部吊装混合风扇(2)；箱体外空气经过HEPA过滤器(3)净化处理后通过空气进入管道(4)进入密封箱体(1)；抽气真空泵(5)通过阀门I(6)和抽气管道(7)连接到密封箱体(1)；气溶胶发生器(8)放置在密封箱体(1)底部中央；气溶胶发生器(8)在密封箱体(1)内释放气溶胶微粒(9)；超细微粒粒径谱测试仪(12)通过阀门II(11)和连接管道(10)采集被测试的密封箱体(1)内的气溶胶微粒(9)；超细微粒粒径谱测试仪(12)采集测试所得的气溶胶微粒(9)数据通过通讯电缆(14)传输到电脑(13)；环境温湿度及压力测试仪(15)放置在箱体内检测箱体内空气的温度、湿度及压力；所述测试方法包括下述步骤：1)密封箱体(1)洁净：打开阀门II(11)，打开阀门I(6)，启动抽气真空泵(5)，同时启动超细微粒粒径谱测试仪(12)，抽取密封箱体(1)内的空气的同时，监测密封箱体(1)内颗粒物数浓度的变化，从外部进入的空气经过HEPA过滤器(3)净化后进入箱体内，当超细微粒粒径谱测试仪(12)监测到超细微粒数浓度接近零的时候，认为密封箱体(1)已经被洁净，这时关闭超细微粒粒径谱测试仪(12)，同时关闭阀门I(6)、阀门II(11)；2)超细微粒沉积系数测试：启动气溶胶发生器(8)，同时启动混合风扇(2)，打开阀门II(11)，同时启动超细微粒粒径谱测试仪(12)，当发现超细微粒数浓度值达到或超过103个/cm3时，关闭气溶胶发生器(8)，停止混合风扇(2)，让密封箱体(1)内的超细微粒发生自然沉积，连续监测3分钟左右，记录数据，以时间为横坐标，超细微粒数浓度值为纵坐标，对不同粒径的超细微粒衰减作图，并按如下公式对超细微粒的衰减进行最小二乘法拟合，计算得出带有粒径分辨率的超细微粒沉积系数；dNidt=-(βi+α)Ni⇒NiN0i=e-(βi+α)t]]>其中，第一行是不考虑凝并情况下的超细微粒衰减率方程，是一阶微分方程，积分求解为第二行结果；其中，Ni为i粒径段的超细微粒数浓度，单位个/cm3；t为时间，单位s；βi为i粒径段的超细微粒沉积系数，无量纲；α为由超细微粒粒径谱测试仪(12)采样抽气带来的室内箱体换气率，由仪器采集流量计算得到，无量纲；N0i为i粒径段的超细微粒数初始浓度，单位个/cm3；i为粒径段，代表不同粒径大小；3)超细微粒平均凝并系数测试：启动气溶胶发生器(8)，同时启动混合风扇(2)，打开阀门I(6)和阀门II(11)，同时启动超细微粒粒径谱测试仪(12)，当发现超细微粒数浓度值达到105个/cm3级别以上时，关闭气溶胶发生器(8)，停止混合风扇(2)，让密封箱体(1)内超细微粒发生自然沉积和凝并，连续监测3分钟左右，记录数据，确定超细微粒几何平均直径GMD，按照步骤2中的公式确定沉积系数，按以下公式计算得出平均凝并系数k值；dNdt=-(β+α)N-kN2⇒k=(β+α)1N0e-(β+α)t-1N1-e-(β+α)t]]>其中，第一行是超细微粒同时发生沉积和凝并的微分方程，是一个典型的Bernouli方程，第二行的为求解结果；其中，N为超细微粒数总数浓度，单位个/cm3；k为平均凝并系数，无量纲；β为超细微粒沉积系数，无量纲；α为由超细微粒粒径谱测试仪(12)采样抽气带来的室内箱体换气率，由仪器采集流量计算得到，无量纲；t为时间，单位s；N0为超细微粒数初始浓度，单位个/cm3。