基于粒子源的颗粒物探测器研究

发布时间：2020-06-14 23:55

【摘要】：实时监测大气颗粒物数量粒度分布和固定污染源烟尘浓度是环保大气污染监测的重要内容。为设计大气颗粒物和固定污染源烟尘的探测器系统,本论文开展了粒子源荷电器和粒度分级器的研究与设计,并以此为基础,设计了大气颗粒物的主动式(抽气式)探测器系统;基于粒子源荷电器的研究与设计,研制并测试了固定污染源烟尘的被动式(无动力)探测器系统。为利用同位素技术研制颗粒物实时测量装置奠定了基础。为设计粒子源荷电器,开展了颗粒物扩散荷电理论及荷电器结构和参数的研究。根据理论计算及计算流体动力学模拟(ANSYS Fluent),粒子源荷电器的结构及参数为:结构主体是长为8cm、直径为5cm的圆筒,进气口段采用扩张角度小于15~o的圆滑曲线渐扩,粒子源为总活度小于10~4Bq的~(241)Amα源,将α源均匀地布置于圆筒中间位置处,荷电器内离子浓度约为2.5×10~(12)/m~3,气体采样流量应小于3L/min。为设计粒度分级器,利用ANSYS Fluent软件,开展了对分级器内流场分布、电场分布及荷电颗粒物运动轨迹的模拟研究。模拟结果显示,流场为层流,流场和电场沿分级器中心轴对称分布,颗粒物的轴向运动距离随其电迁移率的增加而减小。分级器的长度越长、流速越低、电压越高时,其可测的粒径范围也就越大,提高流速和降低电压可以缩小测量的粒径范围,同时提高粒径分辨率。在粒子源荷电器和粒度分级器的研究及设计基础上,设计了主动式探测器系统,其主要结构包括粒子源荷电器、离子阱、分流段、粒度分级器等。基于荷电器研究,开展了被动式探测器系统的研制与测试。被动式探测器采用与荷电器相似的结构,其设计参数为,进气口直径为8mm,当采用Ni-63β源时,源活度为2.22?10~7Bq,探测器腔体宽度为2cm。环境温湿度、烟尘浓度影响测试结果显示,温湿度会对探测器的输出信号产生显著的影响:当温度从34~oC升高至240~oC时,探测器的输出信号增加了约50%,当含湿量从6.52%增加到10.65%时,探测器的输出信号降低了约30%;探测器测量粉尘的响应值随环境粉尘浓度的增加而增加,将滤膜称重法作为对比测量,其测量值为13.5mg·m~(-3)、26.8 mg·m~(-3)、33.6 mg·m~(-3)、47.5 mg·m~(-3)、63.3 mg·m~(-3)时,探测器的响应值对应为16.6 mg·m~(-3)、30.4 mg·m~(-3)、38.1 mg·m~(-3)、45.3 mg·m~(-3)、53.2 mg·m~(-3),初步验证了被动式探测器测量粉尘浓度的可行性,为进一步研究被动式探测器奠定了基础。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL81
【图文】：

粒度分布,大气颗粒物,粒数,固定污染源

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