本發(fā)明涉及氣溶膠研究，具體而言，涉及一種氣溶膠行為機(jī)理研究的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、在核電廠發(fā)生事故后，堆芯內(nèi)的放射性裂變產(chǎn)物會(huì)以氣體、水蒸氣及氣溶膠的形式釋放到安全殼內(nèi)。氣溶膠作為放射性裂變產(chǎn)物的主要載體，也是事故后安全殼內(nèi)的放射性裂變產(chǎn)物釋放至周圍大氣環(huán)境中的重要源項(xiàng)。氣溶膠在安全殼內(nèi)的行為主要包括自然沉降、熱泳沉積、擴(kuò)散泳沉積、吸濕增長、布朗凝并、重力凝并等，研究核電廠事故后的安全殼內(nèi)氣溶膠行為機(jī)理具有非常重要的意義。

2、現(xiàn)有技術(shù)cn114993893a公開了一種安全殼內(nèi)氣溶膠行為研究實(shí)驗(yàn)裝置，包括安全殼模擬體、氣溶膠注入系統(tǒng)、蒸汽注入系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、去離子水注入系統(tǒng)、凝液收集系統(tǒng)、壁溫控制系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、氣溶膠采樣及測量系統(tǒng)、控制及輔助系統(tǒng)。通過精確控制安全殼模擬體內(nèi)溫度、濕度、壓力熱工環(huán)境參數(shù)、注入氣溶膠粒子濃度及粒徑，可獲得多種工況下預(yù)期可控的實(shí)驗(yàn)邊界條件。

3、現(xiàn)有技術(shù)cn211654328u公開了一種在試驗(yàn)條件下測定氣溶膠濃度和行為的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)容器，以及與試驗(yàn)容器同時(shí)相連接的氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、氣溶膠測量系統(tǒng)以及氫氣燃燒系統(tǒng)，其中，試驗(yàn)容器為側(cè)壁帶有夾層的筒體結(jié)構(gòu)，其通過水溫控制系統(tǒng)對試驗(yàn)容器內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制；氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)可產(chǎn)生氣溶膠并輸送至試驗(yàn)容器；蒸汽發(fā)生系統(tǒng)可為試驗(yàn)容器提供固定溫度的飽和蒸汽；氫氣燃燒系統(tǒng)通過對氫氣燃燒控制，為試驗(yàn)容器生成所需的膨脹氣流。

4、以上技術(shù)方案均未涉及不同種類、粒徑和數(shù)量濃度的氣溶膠在不同環(huán)境溫度和相對濕度條件下的行為機(jī)理研究，也沒有實(shí)現(xiàn)氣溶膠的定時(shí)、定量、自動(dòng)、快速采樣。

5、鑒于以上技術(shù)問題，特推出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種氣溶膠行為機(jī)理研究的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，用于研究不同種類、粒徑和數(shù)量濃度的氣溶膠在不同環(huán)境溫度和相對濕度條件下的行為機(jī)理。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種氣溶膠行為機(jī)理研究的試驗(yàn)裝置，包括由連接管線連接起來的試驗(yàn)管、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氣溶膠配送系統(tǒng)、氣溶膠緩沖系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)、氣溶膠采樣系統(tǒng)和氣溶膠測量系統(tǒng)；

3、試驗(yàn)管可將其內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值并保持內(nèi)部溫度穩(wěn)定，空氣供應(yīng)系統(tǒng)可將空氣溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值并輸送至氣溶膠配送系統(tǒng)，將氣溶膠配送系統(tǒng)產(chǎn)生的氣溶膠輸送至氣溶膠緩沖系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)用于對氣溶膠緩沖系統(tǒng)抽真空，在氣溶膠緩沖系統(tǒng)中可配制預(yù)設(shè)溫度下具有預(yù)設(shè)數(shù)量濃度的氣溶膠并輸送至試驗(yàn)管內(nèi)；

4、水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)可產(chǎn)生預(yù)設(shè)溫度的水蒸氣并輸送至試驗(yàn)管內(nèi)，使得試驗(yàn)管內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)相對濕度，氣溶膠采樣系統(tǒng)用于對試驗(yàn)管內(nèi)的氣溶膠進(jìn)行采樣并輸送至氣溶膠測量系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)測量，以使得試驗(yàn)裝置可研究不同數(shù)量濃度的氣溶膠在不同環(huán)境溫度和相對濕度條件下的行為機(jī)理。

5、進(jìn)一步的，試驗(yàn)裝置還包括流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和氣溶膠稀釋系統(tǒng)，空氣供應(yīng)系統(tǒng)通過流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接至氣溶膠稀釋系統(tǒng)，氣溶膠稀釋系統(tǒng)連接于氣溶膠采樣系統(tǒng)和氣溶膠測量系統(tǒng)之間，在氣溶膠稀釋系統(tǒng)中使得采樣得到的氣溶膠與空氣以預(yù)設(shè)稀釋比進(jìn)行稀釋。

6、進(jìn)一步的，空氣供應(yīng)系統(tǒng)還通過流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接至水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)，使得在水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)中可配制預(yù)設(shè)相對濕度的空氣并輸送至試驗(yàn)管內(nèi)。

7、進(jìn)一步的，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括主管線和多條不同管徑的支管線，多條支管線的一端均與主管線連通，另一端與大氣連通，每條支管線上設(shè)置有可調(diào)節(jié)開度的調(diào)節(jié)閥。

8、進(jìn)一步的，試驗(yàn)管上沿軸向方向設(shè)置有多個(gè)氣溶膠注入口，多個(gè)氣溶膠采樣口和兩個(gè)以上的水蒸氣注入口，分別對應(yīng)與多個(gè)氣溶膠注入支路、多個(gè)氣溶膠采樣支路和兩個(gè)以上的水蒸氣注入支路連接。

9、進(jìn)一步的，氣溶膠采樣系統(tǒng)包括多個(gè)氣溶膠采樣箱，每個(gè)氣溶膠采樣支路包括氣溶膠采樣箱和采樣閥門，每個(gè)氣溶膠采樣支路均通過輸送閥門連接至氣溶膠稀釋系統(tǒng)，氣溶膠采樣箱內(nèi)設(shè)置有可固定行程移動(dòng)的活塞。

10、進(jìn)一步的，氣溶膠稀釋系統(tǒng)包括氣溶膠稀釋容器，氣溶膠稀釋容器包括多個(gè)容積相同的隔間，每個(gè)隔間分別與每個(gè)氣溶膠采樣支路對應(yīng)連接，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過稀釋閥門與各個(gè)隔間連接。

11、進(jìn)一步的，每個(gè)氣溶膠采樣箱通過氣溶膠采樣管線與試驗(yàn)管內(nèi)部連通，位于試驗(yàn)管內(nèi)的部分氣溶膠采樣管線包括套筒組件，套筒組件可沿試驗(yàn)管的軸向方向進(jìn)行不同長度的伸縮，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)管不同徑向方向的采樣。

12、進(jìn)一步的，氣溶膠配送系統(tǒng)包括多個(gè)氣溶膠配送子系統(tǒng)，氣溶膠緩沖系統(tǒng)包括多個(gè)氣溶膠緩沖罐，每個(gè)多個(gè)氣溶膠注入支路包括氣溶膠配送子系統(tǒng)、氣溶膠緩沖罐、氣溶膠配送閥門、緩沖閥門和氣溶膠注入閥門，每個(gè)氣溶膠緩沖罐通過抽真空閥門與抽真空系統(tǒng)連接。

13、進(jìn)一步的，水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)包括兩個(gè)以上的水蒸氣發(fā)生裝置，每個(gè)水蒸氣注入支路包括水蒸氣發(fā)生裝置、水蒸氣輸送閥門和水蒸氣注入閥門，水蒸氣發(fā)生裝置包括超聲霧化器和多層電加熱絲，多層盤旋式設(shè)計(jì)的電加熱絲設(shè)置于超聲霧化器的上方，每層電加熱絲兩端通過軸承與水蒸氣發(fā)生裝置的內(nèi)壁連接。

14、進(jìn)一步的，水蒸氣發(fā)生裝置通過水蒸氣注入管線與試驗(yàn)管內(nèi)部連通，水蒸氣注入管線外壁面設(shè)置有保溫材料，水蒸氣注入管線的出口設(shè)置有可自由伸縮和旋轉(zhuǎn)的蒸汽噴頭。

15、進(jìn)一步的，試驗(yàn)管上還設(shè)置有吹掃口和排放口，吹掃口通過吹掃閥門連接至空氣供應(yīng)系統(tǒng)，吹掃口設(shè)有擴(kuò)散噴嘴，擴(kuò)散噴嘴的出口兩端與可沿試驗(yàn)管軸向移動(dòng)的軸桿相連接，用于試驗(yàn)管內(nèi)部全方位的氣溶膠吹掃。

16、進(jìn)一步的，試驗(yàn)管的內(nèi)壁面上設(shè)置有厚度范圍在0.03～0.08mm的金屬氧化物抗靜電膜。

17、進(jìn)一步的，試驗(yàn)管的外壁上設(shè)置有伴熱帶和保溫棉，伴熱帶圍繞試驗(yàn)管的外壁螺旋式布置，保溫棉的材料包括硅酸鹽。

18、進(jìn)一步的，空氣供應(yīng)系統(tǒng)的出口位置處設(shè)置有空氣供應(yīng)閥門和減壓閥，空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、空氣緩沖罐、空氣加熱器、空氣干燥器和空氣高效過濾器，空氣高效過濾器用于過濾粒徑0.5μm以上的顆粒灰塵及懸浮物。

19、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提出了一種氣溶膠行為機(jī)理研究的試驗(yàn)方法，采用氣溶膠行為機(jī)理研究的試驗(yàn)裝置，并包括如下步驟：

20、試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟，使用抽真空系統(tǒng)將氣溶膠緩沖系統(tǒng)和試驗(yàn)管的內(nèi)部均抽至真空狀態(tài)，通過空氣供應(yīng)系統(tǒng)，向試驗(yàn)管內(nèi)注入空氣，調(diào)節(jié)使得試驗(yàn)管內(nèi)的溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)溫度，試驗(yàn)管內(nèi)氣壓穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下；

21、水蒸氣注入步驟，開啟水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)，待產(chǎn)生的水蒸氣達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后向試驗(yàn)管內(nèi)注入，使得試驗(yàn)管內(nèi)的相對濕度達(dá)到預(yù)設(shè)相對濕度且穩(wěn)定；

22、氣溶膠配制及注入步驟，開啟空氣供應(yīng)系統(tǒng)和氣溶膠配送系統(tǒng)，向氣溶膠緩沖系統(tǒng)內(nèi)注入氣溶膠，使得氣溶膠緩沖系統(tǒng)內(nèi)的氣溶膠達(dá)到預(yù)設(shè)的數(shù)量濃度和預(yù)設(shè)溫度并保持穩(wěn)定，氣溶膠緩沖系統(tǒng)向試驗(yàn)管內(nèi)各個(gè)位置注入氣溶膠，使得試驗(yàn)管內(nèi)各個(gè)位置氣溶膠達(dá)到預(yù)設(shè)的數(shù)量濃度并保持穩(wěn)定；

23、采樣測量步驟，開啟氣溶膠采樣系統(tǒng)，在試驗(yàn)管內(nèi)不同位置采集多個(gè)樣品并輸送至氣溶膠測量系統(tǒng)，氣溶膠測量系統(tǒng)對樣品氣溶膠進(jìn)行粒徑分布、質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度的參數(shù)測量。

24、進(jìn)一步的，在采樣測量步驟中，開啟流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)并調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)出口的空氣流量達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持穩(wěn)定，將氣溶膠采樣系統(tǒng)采集的樣品先輸入氣溶膠稀釋系統(tǒng)中，使得樣品與空氣以預(yù)設(shè)稀釋比進(jìn)行稀釋后，再輸送至氣溶膠測量系統(tǒng)。

25、進(jìn)一步的，在水蒸氣注入步驟中，開啟水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)后，開啟流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)并調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)出口的空氣流量達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持穩(wěn)定，向水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)中注入空氣，使得水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)相對濕度并保持穩(wěn)定，再向試驗(yàn)管內(nèi)注入。

26、進(jìn)一步的，試驗(yàn)方法還包括吹掃恢復(fù)步驟，位于采樣測量步驟之后，對氣溶膠稀釋系統(tǒng)中的氣溶膠進(jìn)行吹掃，使得氣溶膠稀釋系統(tǒng)中氣溶膠質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度達(dá)到本底且穩(wěn)定，將使空氣供應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)的空氣溫度降至常溫且保持穩(wěn)定，對試驗(yàn)管內(nèi)進(jìn)行吹掃，使得試驗(yàn)管內(nèi)氣溶膠質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度達(dá)到本底且穩(wěn)定，將試驗(yàn)裝置回到初始狀態(tài)。

27、進(jìn)一步的，在吹掃恢復(fù)步驟中，氣溶膠稀釋系統(tǒng)中氣溶膠質(zhì)量濃度和數(shù)量濃度達(dá)到本底且穩(wěn)定后，可重復(fù)進(jìn)行多次采樣測量步驟，以進(jìn)行多組氣溶膠參數(shù)測量。

28、應(yīng)用本發(fā)明的上述技術(shù)方案，至少實(shí)現(xiàn)了如下有益效果：

29、1、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置通過設(shè)計(jì)具有溫度調(diào)節(jié)功能的試驗(yàn)管、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和水蒸氣發(fā)生系統(tǒng)，保障了氣溶膠始終在相同的環(huán)境溫度下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，設(shè)置氣溶膠緩沖系統(tǒng)中可配置一定濃度的氣溶膠，結(jié)合本發(fā)明提出的試驗(yàn)方法，能夠較為精確地進(jìn)行不同種類、粒徑和數(shù)量濃度的氣溶膠在不同環(huán)境溫度和不同相對濕度條件下的試驗(yàn)研究。

30、2、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置通過設(shè)置流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和氣溶膠稀釋系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)氣溶膠樣本與空氣的以固定稀釋比的動(dòng)態(tài)稀釋，可提高本試驗(yàn)裝置獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性。

31、3、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)管上的多個(gè)溶膠注入口、氣溶膠采樣口、水蒸氣注入口及對應(yīng)的多個(gè)支路，可以實(shí)現(xiàn)氣溶膠和水蒸氣向試驗(yàn)管內(nèi)部的多位置進(jìn)行注入，使得試驗(yàn)管內(nèi)部的氣溶膠和水蒸氣分布更加均勻，從而提高本試驗(yàn)裝置獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

32、4、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的氣溶膠采樣箱可以實(shí)現(xiàn)氣溶膠的定時(shí)、定量、自動(dòng)化地采樣，尤其采樣速度較快，以防止氣溶膠發(fā)生凝并，還能夠?qū)崿F(xiàn)在試驗(yàn)管不同徑向位置處取樣，可以提升本試驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、可操作性，降低操作人員數(shù)量及成本。

33、5、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置通過設(shè)計(jì)吹掃口，可實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)管內(nèi)部的全方位吹掃，使試驗(yàn)管內(nèi)的氣溶膠更容易被排出，提高了本試驗(yàn)裝置的后處理效率，空氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置有高效過濾器等多種設(shè)備，可提供更加潔凈、干燥的空氣。

34、6、本發(fā)明的試驗(yàn)裝置通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)管內(nèi)壁的抗靜電膜，消除了靜電吸附效應(yīng)對氣溶膠壁面沉積行為的影響，進(jìn)一步提升了本試驗(yàn)裝置獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。