[發明專利]一種小型機載反推流云滴采樣裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201210387209.9
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102879233A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李衛軍;陳建民;劉磊;朱超;趙立寧;劉澎
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種小型機載反推流云滴采樣裝置及其工作方法，屬于大氣云物理化學采樣設備及分析的技術領域。?

背景技術

隨著大氣質量的日益下降以及航空技術的發展，國內外研究者從八十年代中期就開始研究在飛機上進行大氣采樣的方法——航空采樣技術。航空采樣技術的運用有利于了解高空的大氣質量狀況進而研究大氣污染的成因。目前，大量研究表明大量工業和城市污染源排放的氣溶膠顆粒可以影響云的形成及壽命，由于目前采樣技術的限制，這些問題大部是通過衛星觀測資料推測。然而，衛星主要是通過光學的方法感應顯示大尺度范圍資料，其準確度誤差較大并且很難解釋氣溶膠-云-降雨過程。隨著我國大氣云物理不斷發展，利用航空技術獲得水汽含量、氣象數據和云物理參數等已無法滿足云物理模式模擬要求。如果進一步在云物理和天氣預報等方面改進，還需要針對氣溶膠-云-降雨轉化機理進行深入研究，因此，需要進一步獲得大氣中什么樣的氣溶膠顆粒轉化云結核并能夠有效成為云滴。國際大氣科學家通常使用飛機機載裝置收集高空大氣氣溶膠顆粒和云滴，然后對其進行在線或實驗室分析，獲得它們化學組分、粒徑等信息。?

當前，所使用的大氣污染物航空大氣觀測采樣器具有體積偏大、購買費用昂貴，并且全部是從國外進口，這在運行過程中、售后安裝、技術培訓和維修方面存在很大問題，這在一定程度上阻礙了相關研究在國內的開展。而且國內多采用人工降雨小型飛機進行采集實驗，因此設計一套結構簡單、安裝方便、采集粒度較大云滴的、符合人工降雨小型飛機的小型機載反推流云滴采樣裝置成為一項亟待解決的問題。?

發明內容

為解決上述技術不足，本發明提供了一種結構簡單、經濟實用的小型機載反推流云滴采樣裝置。本發明還提供了一種上述小型機載反推流云滴采樣裝置的工作方法。?

本發明的技術方案如下：?

一種小型機載反推流云滴采樣裝置，包括進氣腔和收集腔，所述的收集腔設置在進氣腔?內部；所述進氣腔的前端與收集腔的采樣端的外邊緣相連，所述進氣腔的尾部設置有進氣管；所述收集腔包括依次相連的管形采樣端、預熱腔體和管形捕獲端，所述管形采樣端的管壁上貫通設置有微孔，在預熱腔體的外壁上環繞設置有加熱裝置，在預熱腔體的的尾部設置有抽氣管，本發明所述的小型機載反推流云滴采樣裝置通過法蘭與飛機機體固定連接，所述的進氣管與飛機內的氣體壓縮泵相連，所述的抽氣管分支為兩路：其中一路與飛機內的采樣膜相連，用于采集云結核顆粒，另一路與飛機內的抽氣泵相連。?

根據本發明優選的，管形采樣端的長度范圍：8-10mm，管形采樣端的直徑范圍：1-2mm；環繞管形采樣端設置有多圈微孔，每圈微孔的數量為6-8個，相鄰圈之間間隔1-1.5mm；所述微孔的直徑范圍：10-20μm；所述預熱腔體的直徑范圍：3-5mm；所述進氣腔的直徑范圍：10-20mm。?

根據本發明優選的，所述進氣腔的前端為錐形。?

根據本發明優選的，所述的預熱腔體為銅管。?

根據本發明優選的，所述的管形捕獲端與水平呈逆時針15-30°角。所述的管形捕獲端只起阻擋氣流的作用，使氣流被逆向阻擋回至抽氣管，進而大幾率的對所述的云滴進行采集。?

根據本發明優選的，所述的加熱裝置為加熱棒熱電偶。由于本發明所述的裝置主要用來收集云滴，因此所安裝的加熱棒熱電偶使裝置內采樣氣溫度維持在50℃左右，將云滴中水變為水蒸汽，蒸發后的云結核顆粒被采樣氣送入機艙內部，并被收集在采樣膜表面。?

一種利用上述小型機載反推流云滴采樣裝置的采集云滴的方法，包括步驟如下：?

（1）所述的采樣氣沿進氣管進入進氣腔，將所述的預熱腔體加熱至48-52℃；?

（2）進氣腔中的采樣氣沿管形采樣端上的微孔進入收集腔，進氣管內采樣氣的流量F1大于抽氣管的流量F2，所述由進氣管進入的采樣氣通過帶微孔的管形采樣端時被分為兩路采樣氣：其中一路采樣氣A與抽氣管采樣氣的流量F2和方向均相同，另一路采樣氣B與抽氣管采樣氣的方向相反，流量為F3；其流量關系為F1=F2+F3；?

（3）所述的采樣氣B與外界氣流相抵消，在進氣口處形成第一個氣流零速度層，采樣氣A和采樣氣B在分流的地方形成第二個氣流零速度層：當外界氣流中的氣溶膠顆粒或云滴足夠大，并且穿過第一個和第二個零速度層后，所述氣溶膠顆粒或云滴被捕獲至飛機內的采樣膜表面；反之所述的氣溶膠顆粒或云滴則被采樣氣B推出管形采樣端。利用本發明所述的方法，能夠有效篩選采集顆粒度大于5μm的氣溶膠顆粒或云滴。?

本發明的有益效果在于：?