亚微米气溶胶在裂缝中沉积行为的初步研究.pdf
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1、第九届全国气溶腔会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 亚微米气溶胶在裂缝中沉积行为的初步研究 吴艳敏刘龙波 摘要t 气溶胶泄漏是建筑类行业十分关注的问题,针对此问题,开展了气溶胶在裂隙中迁移的实验研究建立了 裂缝透过率的测量装置,制作了光滑和粗糙裂缝,验证了气溶胶在光滑裂缝中迁移的计算模型初步确定了气溶胶 在在光滑和粗糙裂缝中的沉积行为,研究了流速对粗糙裂缝的影响。结果表明,光滑裂缝的透过率同理论计算结果 吻合较好;宽度相当的粗糙和光滑裂缝。粗糙裂缝的透过率明显低于光滑裂缝:随流速增加所测裂缝的透过率先 增加后降低,即存在一个最易透过流速。 关键词t 亚微米气溶胶气溶胶泄漏光滑裂缝粗糙裂缝透过
2、率 1 引言t 气溶胶泄漏是建筑类行业十分关注的问题目前的研究方法主要是宏观的泄漏监测和理想条 件下( 假设介质均匀) 的理论计算。由于实际介质条件比较复杂,难I 三l 对其规律进行总结,因此考 虑进行实验室研究。我们开展了气溶胶通过裂缝的沉积行为的实验室研究,分为两个阶段进行。第 一阶段研究气溶胶在均匀、规则、光滑裂缝中的沉积行为,验证气溶胶在该类裂缝中迁移的计算模 型。第二阶段研究气溶胶在粗糙裂缝中的沉积行为,实验条件尽量接近实际情况。 2 理论计算 2 1 裂缝流量和压力降的关系 对通过裂缝的气体流量和其压力降的关系,已有较多的研究“2 1 ,均有。 印= 掣w d - Q + 两p C
3、 Q 2 若过裂缝流量较小时,式( 2 ) 可简化为; Q = 盖印 其中,Q 一过裂隙的流量,m 3 ,s w 一裂缝的横向长度,m ; d 一裂隙宽度,m : “一气体粘度,P as : L 一裂缝纵向长度,m ; p 一空气密度,k g m 1 ; C 一1 5 忉b ; 一裂缝的拐角数; 口一裂隙两端的压力降,P a 。 2 2 气溶胶通过光滑裂缝的透过率“ 气溶胶过裂缝的透过率主要受扩散沉积和重力沉降两种沉积机理的影响,以下分别讨论。 ( 1 ) ( 2 ) 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 F u c h s 提出,在气流稳定条件下,受重力沉降作用的影响,粒子在
4、裂缝中的透过率P g 可由公式( I ) 计算: 只:1 一型 ( 3 ) dU 其中,圪一粒子的沉降速度,m s ; U - - 粒子过裂缝的流速,m s 。 另一方面,小粒径的粒子可能由于扩散作用,通过v d e r W a a l s 力粘附在裂缝表面,D e M 越c u s 和T h o m a s 提出,由于扩散沉积,气溶胶粒子在裂缝中的透过率: 尸d ;O 9 1 5 e x p ( - 1 8 8 5 西) + 0 0 5 9 2 c x p ( - 2 2 3 西) + 0 0 2 6 e x p ( 一l s 2 西) ( 4 ) 痧:4 D 。L( 5 ) d U D :
5、望旦( 6 ) 3 删p 其中,D 一粒子的扩散系数,m 2 s ; k - - B o l t z m a n n 常数o C 一滑移修正系数; Z 一温度,K : 玩一气溶胶粒径,m 。 H 蛔d s p l 提出了气溶胶扩散沉积的另一组计算公式; 只: 0 9 x p 0 茹嚣嚣羔。,删 乌= 罟 ,吼 o 0 0 5 1 1 J ,蛾0 0 0 5 对以上两组公式计算表明,其结果偏差小于1 ,可以认为两组公式等效, 即式( 4 ) 一( 6 ) 。 由于扩散沉积和重力沉降两种机理独立存在,则气溶胶过裂缝的总透过率: P = 只丘 3 实验 3 1 实验装置 参考文献睁4 1 , 设计了
6、透过率测试 装置,结构示意图见 图4 。亚微米单分散 气溶胶发生器发生 D O P 气溶胶,通过 测试箱进入待测裂 缝,通过裂缝的流量 由压差计测量,由抽 气泵控制,扫描粒度 仪测量气溶胶的浓度 ( 8 ) 本文采用前一组, ( 9 ) 和粒径。分别从测试箱图1 大流量气溶胶透过率测试装置示意图 ( 即裂缝上游) 和裂缝下游交替取样计算透过率P 。 测试主管道尺寸为1 0 0 m m 见方,为防止气溶胶混合不均匀对取样测量的影响。裂缝上游管道长 4 0 0 m m 下游长3 5 0 m m 。 2 4 2 第九届全国气溶胶套议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨套 P : d o w n( 1 0
7、) n 其中,。一裂缝下游数浓度: 一裂缝上游数浓度。 3 2 裂缝的制作 3 2 1 光滑裂缝的制作 光滑裂缝由两块平行的裂缝板构成,裂缝板由两侧带弹簧的螺栓连接。裂缝板的工作面由平面 磨床加工,表面牺糙度为0 4 0 8 “m ,平整度小于O 0 5 r a m 。用胶带沿裂缝板两侧将裂缝侧面缝隙遮 盖,使裂缝侧面气密( 见图2 ) ,裂缝横向长度5 0 m m ,纵向长度l O O m m 。 弹簧、 工作面 ,肢带 图2 裂缝结构示意图( 正视)图3 裂缝示意图( 横向剖视,法兰未标示) 3 2 2 粗糙裂缝的制作 粗糙裂缝由石头和水泥加工制成石头的主要成分为花岗岩石,裂缝的制作过程为
8、,取出一整 块岩石,打断,获得的凹凸不平面即为裂缝的工作面,除工作面外,其余各面均打磨平整。将两块 裂缝板的工作面吻台压紧,以胶带将其固定。其余操作同光滑裂缝制作过程相同,其正视结构示意 图见图3 。 水泥裂缝的制作过程为,将4 2 5 # 水泥和粒径低于0 3 m m 的沙子以3 :l 的比例混合,加水使其 充分混合,倒入同裂缝事件尺寸相同的模具中。约一半时,在裂缝工作面加盖一张膜,后将其余水 泥注入,待水泥凝固,取出,弃膜。其余操作同花岗岩裂缝的制作过程相同,尺寸及裂缝示意图同 见图3 。 粗糙裂缝的横向长度w 和纵向长度与光滑裂缝相同,分别为5 0 和1 0 0 m m 。 工作面 蠛娜
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