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1、氣溶膠測(cè)量 原理、技術(shù)及應(yīng)用南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院2009氣溶膠的采樣與輸送8.1緒論8.2采樣8.3樣品輸送8.4其他采樣問(wèn)題8.1緒論一個(gè)氣溶膠采樣系統(tǒng)包括：1.從周圍環(huán)境中將氣溶膠抽入采樣口中（其外形和幾何形狀各不相同；2.樣品輸送系統(tǒng)即把氣溶膠樣品送入測(cè)量設(shè)備或儲(chǔ)存室管道裝置（這些元件或流量裝置，包括軟管、彎頭和壓縮機(jī)等組件）；3.樣品儲(chǔ)存區(qū)（根據(jù)需要選擇）。8.1緒論使用樣品采集系統(tǒng)，最重要的是能采集到人們所希望的粒徑范圍內(nèi)的樣品。采樣過(guò)程中影響氣溶膠樣品代表性的潛在因素可能有：1.樣品提取過(guò)程中的吸入效率以及樣品的沉積性；2.樣品儲(chǔ)存或輸送過(guò)程中的粒子沉積；3.
2、外界氣溶膠濃度的極端性（極高或極低）或多樣性（非均質(zhì)性）因素；4.粒子在樣品輸送過(guò)程中的凝聚；5.樣品輸送過(guò)程中粒子的蒸發(fā)和（或）凝聚；6.已沉積的氣溶膠粒子又進(jìn)入樣品氣流；7.局部高度沉積限制或阻塞氣流；8.在采樣口及輸送管路中粒子濃度的非均勻性。8.1緒論損失和沉積機(jī)制影響了采集和輸送的樣品的代表性。原理上，這些機(jī)制源于重力、慣性和擴(kuò)散作用。當(dāng)重力或者慣性作用造成沉積時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑起主要作用。當(dāng)擴(kuò)散造成沉積時(shí)，遷移率當(dāng)量或擴(kuò)散直徑當(dāng)量其主要作用。采集和輸送較大粒子的代表性樣品更加困難，因?yàn)樗鼈兊膽T性較大，這些粒子更不易受采樣氣流的影響。8.1緒論吸入效率（aspir
3、ationefficiency）ηasp定義為：進(jìn)入入口的這一粒度的粒子濃度與采集外界環(huán)境中這種粒子濃度之比。具有某粒度的粒子的傳輸效率（transmissionefficiency）ηtrans定義為：吸入的該粒度的粒子傳輸?shù)讲蓸酉到y(tǒng)其他部分的比例。入口效率ηinlet是提取效率與傳輸效率之積，也是通過(guò)采樣系統(tǒng)入口進(jìn)入采樣系統(tǒng)傳輸部分的氣溶膠濃度與外界濃度的比值某粒度的粒子的總輸送效率ηtransport是這種粒度的粒子在各種氣流部件、各種不同機(jī)制下的輸送效率之積采樣效率ηsample為入口效率與總輸送效率之積8.2采樣1.監(jiān)測(cè)外界大氣的污染情況；2.監(jiān)測(cè)工作環(huán)境大氣中的有害
4、物質(zhì)；3.監(jiān)測(cè)廢氣排放煙囪或管路以檢測(cè)污染控制設(shè)備；4.監(jiān)測(cè)無(wú)塵室內(nèi)的特殊污染；5.監(jiān)測(cè)生產(chǎn)或工業(yè)制造過(guò)程；6.監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程。氣溶膠采樣中有兩個(gè)基本情況：1.從靜止環(huán)境中采集粒子；2.從載攜粒子的氣流中采集樣品。8.2采樣8.2.1效率效率取決于外界大氣速度U0、入口的幾何形狀和位置、采樣氣流速度U及粒子的空氣動(dòng)力學(xué)直徑d0當(dāng)入口處的平均采樣流速等于氣流速度并是同軸采樣時(shí)，此時(shí)的采樣稱為等速采樣。當(dāng)采樣速度不等于氣體速度時(shí)就是非等速采樣，當(dāng)采樣速度高于氣體速度時(shí)，采樣是超等速采樣，當(dāng)采樣速度低于氣流速度時(shí)，采樣是次等速采樣。在圖中，邊界線直接位于采樣嘴的上下邊緣，與采樣嘴沒(méi)
5、有偏差，圖a表示的是這種情況下的等速采樣。在這種情況下，吸入效率為1（100％）。粒子在采樣嘴內(nèi)部的重力沉降造成了輸送中的粒子損失。采樣嘴處自由氣流的湍流情況同樣會(huì)造成粒子損失，因?yàn)橥牧髟斐闪Ｗ拥膫?cè)向運(yùn)動(dòng)使粒子吸附在入口的內(nèi)壁上。圖b表示的是次等速采樣，這種采樣中，邊界線在進(jìn)入采樣嘴處與外界自由氣流發(fā)生分岔。在邊界線外面的慣性足夠大的粒子可以越過(guò)邊界線被吸入采樣嘴。在這種情況下，對(duì)所有粒子的吸入效率為1（100％）或更大，對(duì)較大粒子的吸入效率范圍為1~U0/U。造成傳輸過(guò)程中粒子損失的是采樣嘴處粒子的重力沉降、自由氣流的湍流作用、運(yùn)動(dòng)方向朝向采樣嘴壁的粒子在采樣嘴內(nèi)壁的慣性碰撞
6、作用，碰撞作用是由流線擴(kuò)張?jiān)斐傻?。圖c表示的是超等速采樣，邊界線從外界自由氣流到達(dá)采樣嘴時(shí)發(fā)生匯聚。慣性足夠大的粒子可以超越邊界線而不被吸入。在這種情況下，對(duì)全部粒子的吸入效率是1或更小，對(duì)較大粒子的吸入效率范圍是1~U0/U。傳輸過(guò)程中的損失主要是采樣嘴處的重力沉降作用、自由氣流的湍流作用以及超等速采樣中形成的湍流沉積。圖表示的是非同軸采樣中可能遇到的U0＝U，U0U三種氣流情況，角表示外界氣流速度方向和采樣氣流速度方向之間的夾角。慣性足夠大的粒子越過(guò)邊界線被吸收。吸入效率與1相差很遠(yuǎn)。傳輸損失仍然來(lái)自于采樣嘴處的重力沉降作用、自由氣流的湍流作用和大管道的交匯處的
7、損失。另外的傳輸損失來(lái)自于粒子在采樣嘴內(nèi)部邊緣的碰撞作用，采樣嘴內(nèi)部邊緣是面對(duì)氣流方向的。8.2.2用薄壁采樣嘴在流動(dòng)氣體中采樣薄壁采樣嘴的入口效率是吸入效率和傳輸效率之積同軸等速采樣是一種理想的采樣狀態(tài)，而且能以近100％的效率吸入所有粒徑的粒子，與此情況不同的非同軸非等速采樣采集的樣品不具代表性，而且大粒子的吸入效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離100％。粒子直徑越大，差別也越大。同軸采樣吸入效率非同軸采樣吸入效率采樣中的傳輸損失同軸等速采樣中的傳輸損失，原則上只來(lái)源于水平氣流的重力沉降作用和自由氣流的湍流作
