一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置的制作方法

本發(fā)明屬于大氣環(huán)境污染問(wèn)題研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種顆粒物發(fā)生裝置，尤其涉及一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)工業(yè)水平發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。目前，對(duì)居民生活及工作造成極大困擾的環(huán)境問(wèn)題之一即霧霾污染。由于大量汽車(chē)尾氣排放、燃煤及工業(yè)粉塵排出，大量細(xì)小粉體進(jìn)入大氣中并長(zhǎng)期懸浮，稱為顆粒物，懸浮在大氣中的顆粒物與空氣中的水汽結(jié)合，降低當(dāng)?shù)啬芤?jiàn)度，產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象。越來(lái)越多的研究報(bào)道，懸浮在空氣中的細(xì)顆粒物能夠被直接吸入人體肺部，對(duì)人類健康造成很大危害，對(duì)顆粒物的試驗(yàn)研究也越來(lái)越受到重視。

樟子松作為典型的針葉植物，具有枝葉密集、比表面積大等特點(diǎn)，其針葉簇能夠有效調(diào)節(jié)梳理氣流，對(duì)流場(chǎng)起到再分布的作用，提高流場(chǎng)的紊流程度及擴(kuò)散強(qiáng)度。學(xué)習(xí)樟子松調(diào)節(jié)氣流的結(jié)構(gòu)特征，可以作為研發(fā)仿生顆粒物發(fā)生裝置的重要方法。

在針對(duì)顆粒物的室內(nèi)研究設(shè)備中，多涉及到顆粒物的性質(zhì)及濃度檢測(cè)等方面，而有關(guān)其生成與發(fā)生的研究裝置，特別是仿生顆粒物發(fā)生裝置仍然非常少?，F(xiàn)有顆粒物發(fā)生裝置目前仍存在以下問(wèn)題：

1、多數(shù)顆粒物發(fā)生裝置通過(guò)化學(xué)方式產(chǎn)生顆粒物，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本高，顆粒物源單一；

2、室內(nèi)發(fā)生裝置大多分散程度不夠，難以產(chǎn)生在空氣中均一穩(wěn)定懸浮的顆粒物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，能夠均一穩(wěn)定發(fā)生顆粒物，且通用性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，該裝置由振動(dòng)分散組件1、負(fù)壓進(jìn)料組件2、氣固二相混合腔體3、進(jìn)/出氣管4組成；

所述振動(dòng)分散組件1由高頻振動(dòng)器12連接一個(gè)振動(dòng)篩11組成，所述負(fù)壓進(jìn)料組件2由載料斗10和進(jìn)料毛細(xì)管7組成，所述振動(dòng)篩11位于載料斗10的內(nèi)側(cè)上方，所述載料斗10的外側(cè)下方與氣固二相混合腔體3安裝連接，所述氣固二相混合腔體3內(nèi)部設(shè)有變徑管8，仿生紊流器6同軸固定安裝在變徑管8的氣流出口端，進(jìn)/出氣管4通過(guò)氣動(dòng)接頭5分別安裝在氣固二相混合腔體3兩側(cè)，形成進(jìn)/出氣路，進(jìn)氣管4可與空氣壓縮泵相連接；

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，其中，所述氣固二相混合腔體3為長(zhǎng)方體，其頂面加工有與載料斗10下端螺紋結(jié)構(gòu)(14)相連接的螺孔15，所述氣固二相混合腔體3內(nèi)部設(shè)有變徑管8，在螺孔15的中心下方的變徑管8上開(kāi)有通孔9，其孔徑為1.5mm～1.8mm。

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，其中，所述仿生紊流器6是由外壁、中心柱體18與雙層交錯(cuò)分布在外壁和中心柱體18之間的導(dǎo)流針葉19組成的一體式結(jié)構(gòu)，仿生紊流器6外壁與變徑管8內(nèi)壁為過(guò)盈配合，且仿生紊流器6外端截面與變徑管8的管徑擴(kuò)大起始截面處于同一平面；所述導(dǎo)流針葉19由圓形截面沿EF曲線掃掠而成，所述導(dǎo)流針葉19在中心柱體18上的分布為：兩根導(dǎo)流針葉19為一組，中心柱體的前后兩個(gè)不同平面上各自平均分布著3組；

所述EF曲線是由對(duì)樟子松針葉輪廓進(jìn)行提取并擬合所得到的二次多項(xiàng)式曲線：

fx＝a₂x²+a₁x+a₀；

其中：a₂的取值范圍為0.04～0.05，a₁的取值范圍為-1.2～-1.10，a₀的取值范圍為1.3～1.5，x的取值范圍為0mm～14mm。

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，其中，所述進(jìn)料毛細(xì)管7同軸設(shè)置于載料斗10的內(nèi)側(cè)底部，所述進(jìn)料毛細(xì)管7由毛細(xì)管支架16和毛細(xì)管支架16的毛細(xì)管體17組成，毛細(xì)管體的內(nèi)徑為0.4mm～0.8mm，外徑為1.2mm～1.5mm，所述毛細(xì)管支架16為十字星形，支撐于載料斗10的內(nèi)壁，所述毛細(xì)管支架16與毛細(xì)管體17的軸向夾角為62°～65°，所述毛細(xì)管體17穿過(guò)變徑管8上的通孔9，插入變徑管8內(nèi)。

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，其中，所述載料斗10上部為圓筒形，下部為圓錐筒形，載料斗的錐底角度范圍為25°～28°，可減少超細(xì)粉體在載料斗內(nèi)的堆積，錐底孔徑為2mm，在所述載料斗10的側(cè)壁上開(kāi)有限位孔13，振動(dòng)篩11的篩柄穿過(guò)限位孔13，與載料斗10外側(cè)的高頻振動(dòng)器12連接，載料斗10外沿下方的外壁上加工有螺紋結(jié)構(gòu)14。

一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，其中，所述振動(dòng)篩11的篩面外沿與載料斗10的內(nèi)壁之間存有間隙，以便于振動(dòng)篩11水平方向振動(dòng)，所述振動(dòng)篩11的篩面上可放置若干0Cr18Ni9不銹鋼制成的直徑為3mm～9mm的實(shí)心球體作為振子，隨振動(dòng)而滾動(dòng)碰撞，輔助將超細(xì)粉體分散，利于顆粒物的形成。

本發(fā)明的有益效果在于：

利用樟子松的生態(tài)結(jié)構(gòu)原理，借助仿生學(xué)研究基礎(chǔ)，著眼于對(duì)顆粒物發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)，通過(guò)將樟子松針葉結(jié)構(gòu)特征應(yīng)用到仿生紊流器設(shè)計(jì)，增加顆粒物的擴(kuò)散強(qiáng)度，通過(guò)與振動(dòng)分散組件共同作用達(dá)到有效發(fā)生顆粒物的效果。本發(fā)明的導(dǎo)流針葉曲線EF提取自樟子松針葉簇結(jié)構(gòu)，使經(jīng)過(guò)的層流氣流被破碎，并且導(dǎo)致變徑管內(nèi)該處的雷諾系數(shù)增大，有效改善流場(chǎng)分布，增加氣流的紊流強(qiáng)度，發(fā)生的顆粒物均一穩(wěn)定的懸浮在氣體中。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、應(yīng)用性強(qiáng)、發(fā)生的顆粒物性質(zhì)穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)際情況，可利用氣泵流量調(diào)節(jié)顆粒物發(fā)生效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中B處的局部放大圖；

圖4為圖2中C處的局部放大圖；

圖5為本發(fā)明中振動(dòng)分散組件和負(fù)壓進(jìn)料組件的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中振動(dòng)分散組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中載料斗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明中氣固二相混合腔體的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明中氣固二相混合腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明中進(jìn)料毛細(xì)管的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明中進(jìn)料毛細(xì)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明中仿生紊流器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明中仿生紊流器的端面示意圖；

圖14為圖13中D-D剖視圖。

圖中：

1、振動(dòng)分散組件； 2、負(fù)壓進(jìn)料組件； 3、氣固二相混合腔體； 4、進(jìn)/出氣管；

5、氣動(dòng)接頭； 6、仿生紊流器； 7、進(jìn)料毛細(xì)管； 8、變徑管；

9、通孔； 10、載料斗； 11、振動(dòng)篩； 12、高頻振動(dòng)器；

13、限位孔； 14、螺紋結(jié)構(gòu)； 15、螺孔； 16、毛細(xì)管支架；

17、毛細(xì)管體； 18、中心柱體； 19、導(dǎo)流針葉。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種仿樟子松結(jié)構(gòu)的顆粒物發(fā)生裝置，該裝置由振動(dòng)分散組件1、負(fù)壓進(jìn)料組件2、氣固二相混合腔體3、仿生紊流器6、進(jìn)/出氣管4以及空氣壓縮泵(圖中未顯示)組成。

所述振動(dòng)分散組件1由高頻振動(dòng)器12連接一個(gè)振動(dòng)篩11組成。所述負(fù)壓進(jìn)料組件2的外殼為載料斗10，所述載料斗10上部為圓筒形，下部為圓錐筒形。所述振動(dòng)篩11的篩面平置于載料斗10內(nèi)部圓筒與圓錐筒交界處，所述振動(dòng)篩11的篩面外沿與載料斗10的內(nèi)壁之間存有間隙，以便于篩面水平方向振動(dòng)。振動(dòng)篩11的篩柄穿過(guò)載料斗10側(cè)壁的限位孔13，與載料斗10外側(cè)的高頻振動(dòng)器12連接。

如圖6所示，所述振動(dòng)篩11的篩面為圓形網(wǎng)狀，篩孔尺寸為100目，篩面由304號(hào)鋼鋼絲制成，水平方向振動(dòng)幅為1.0mm，振動(dòng)頻率范圍為0～180Hz；在其篩面上可放置若干304號(hào)鋼制成的直徑為3mm～9mm的實(shí)心球體作為振子，隨振動(dòng)而滾動(dòng)碰撞，輔助將超細(xì)粉體分散，有利于超細(xì)粉體落入載料斗10內(nèi)。

所述載料斗10由鍍鋁鋅鋼板(7.86g/cm³)材料制成，其上的限位孔13長(zhǎng)10mm，高8mm，載料斗10壁厚為3mm，其下部圓錐筒的角度為25°，圓錐筒底部孔徑為2mm。

如圖5和圖7所示，所述載料斗10外側(cè)下方帶有外沿，載料斗10外沿下方的外壁上加工有螺紋結(jié)構(gòu)14，所述氣固二相混合腔體3上表面加工有螺孔15，載料斗10的外沿支撐在氣固二相混合腔體3的上表面上，載料斗10外沿下端的螺紋結(jié)構(gòu)14與氣固二相混合腔體3上表面的螺孔15螺紋連接。

如圖8和圖9所示，所述氣固二相混合腔體3為長(zhǎng)方體，是由3D打印技術(shù)成型的一體化腔體，由聚碳酸酯(即PC，1.2g/cm³)材料制成，所述螺孔15位于距離氣流入口截面50mm處，氣固二相混合腔體3內(nèi)部設(shè)有變徑管8，所述變徑管8沿氣流方向距離氣流入口截面20mm處開(kāi)始縮徑，縮徑段長(zhǎng)10mm，管徑由16mm縮小為8mm，并在螺孔15的中心下方的變徑管8上開(kāi)有通孔9，孔徑為1.5mm，在距離氣流出口截面30mm處管徑擴(kuò)大，擴(kuò)徑段長(zhǎng)10mm，管徑由16mm擴(kuò)大為16mm。

如圖2所示，所述負(fù)壓進(jìn)料組件2除載料斗10外，還包括同軸置于載料斗10內(nèi)部的進(jìn)料毛細(xì)管7，所述進(jìn)料毛細(xì)管7位于載料斗10的底部。如圖10和圖11所示，所述進(jìn)料毛細(xì)管7是由毛細(xì)管支架16和垂直于毛細(xì)管支架16的毛細(xì)管體17組成的一體式結(jié)構(gòu)。毛細(xì)管支架16為十字星形，支撐于載料斗10的內(nèi)壁，如圖4所示，所述毛細(xì)管體17穿過(guò)變徑管8上的通孔9，插入變徑管8內(nèi)，即毛細(xì)管體17與變徑管8內(nèi)部相互聯(lián)通。所述毛細(xì)管體17的內(nèi)徑為0.8mm，外徑為1.4mm，其與毛細(xì)管支架16間豎直方向上的夾角α為65°。

如圖2和圖3所示，所述仿生紊流器6位于氣固二相混合腔體3的氣流出口一側(cè)，固定安裝在變徑管8中。仿生紊流器6外壁與變徑管8內(nèi)壁為過(guò)盈配合，仿生紊流器6外端截面與變徑管8的管徑擴(kuò)大起始截面處于同一平面。

如圖12和圖13所示，所述仿生紊流器6是由圓筒形的外壁、中心柱體18以及以中心柱體18為軸，雙層交錯(cuò)分布連接在外壁與中心柱體之間的導(dǎo)流針葉19組成的一體式結(jié)構(gòu)。如圖4所示，所述導(dǎo)流針葉19由直徑為0.5mm的圓形截面沿圖中點(diǎn)E至點(diǎn)F形成的EF曲線掃掠而成，兩根夾角為β的導(dǎo)流針葉19為一組，中心柱體的前后兩個(gè)不同平面上各自平均分布著三組，其夾角為γ，其中β的取值為14°，γ的取值為58°

所述EF曲線是由對(duì)樟子松針葉輪廓進(jìn)行提取并擬合所得到的二次多項(xiàng)式曲線：

f(x)＝a₂x²+a₁x+a₀；

a₂的取值范圍為0.04～0.05，a₁的取值范圍為-1.2～-1.10，a₀的取值范圍為1.3～1.5，x的取值范圍為0mm～14mm。在本實(shí)施例中：a₂取值0.04，a₁取值-1.10，a₀取值1.4。

如圖2和圖8所示，所述氣固二相混合腔體3除上平面加工有螺孔15外，其兩側(cè)面還分別加工一個(gè)安裝孔。所述進(jìn)/出氣管4通過(guò)氣動(dòng)接頭5與氣固二相混合腔體3的兩側(cè)面相連接，與氣固二相混合腔體3內(nèi)腔形成進(jìn)/出氣路。

空氣壓縮泵(圖中未顯示)通過(guò)進(jìn)/出氣管4，將一定流速的氣體經(jīng)氣流入口注入氣固二相混合腔體3中。

本發(fā)明的工作原理和工作過(guò)程如下：

固定本裝置于指定試驗(yàn)臺(tái)，氣流在空氣壓縮泵的作用下，以一定流量通過(guò)進(jìn)氣管路進(jìn)入氣固二相混合腔體內(nèi)的變徑管，從變徑管入口進(jìn)入縮徑段后，流速增加，管內(nèi)氣流相應(yīng)壓強(qiáng)降低，而隨著氣流進(jìn)入變徑管末端，管徑逐漸擴(kuò)大，其壓強(qiáng)升高，故此在螺孔中心下方對(duì)應(yīng)的通孔處形成相對(duì)負(fù)壓，同時(shí)進(jìn)料毛細(xì)管的管體穿過(guò)通孔插入變徑管內(nèi)，在進(jìn)料毛細(xì)管入口處由于存在相對(duì)負(fù)壓，產(chǎn)生一定吸力；超細(xì)粉體被添加在高頻振動(dòng)篩的圓形篩網(wǎng)上，大小不同的振子在振動(dòng)篩上產(chǎn)生碰撞，形成豎直方向的振動(dòng)，超細(xì)粉體被充分分散后落入載料斗，收到重力及進(jìn)料毛細(xì)管處的吸力作用，進(jìn)入到氣固二相混合腔體內(nèi)的變徑管內(nèi)，被分散后的超細(xì)粉體收到氣流沖擊，懸浮于氣流中形成顆粒物；攜帶懸浮顆粒物的氣流流經(jīng)仿生紊流器時(shí)，導(dǎo)流針葉有效改善流場(chǎng)分布，使氣流的紊流強(qiáng)度增加，提高顆粒物的擴(kuò)散強(qiáng)度，從而促進(jìn)顆粒物在氣流中穩(wěn)定懸?。缓芯环€(wěn)定顆粒物的氣固二相氣流經(jīng)過(guò)出氣管，最后被發(fā)散到指定目標(biāo)地點(diǎn)。