针对工作流量为2 L·min-1的切割器的捕集效率评价研究

为了评价市面上不同工作流量的切割器,本研究搭建了一套基于静态箱法的切割器捕集效率评价系统,可调节切割器的采样流量,结合空气动力学粒径谱仪对不同工作流量的切割器进行捕集效率测量.通过使用8种粒径的单分散聚苯乙烯微球,对多个品牌的工作流量为2、3及16.67 L·min^-1的PM₁、PM_2.5及PM₁₀切割器进行了评价,得到其捕集效率为50%时的空气动力学粒径分别为1.12、2.52和10.39 μm（品牌一）;2.69和10.41 μm（品牌二）;2.56、10.43 μm（型号Dust trak）;1.04、2.51 μm（型号VSCC）.本研究对于评价不同流量、不同原理的切割器的性能、提高颗粒物监测结果的准确性具有一定的科学意义.     

PM1与PM2.5切割器性能与测试系统研究

切割器是PM_2.5监测设备的关键部件,其切割性能直接影响PM_2.5和PM₁等环境空气颗粒物质量浓度监测数据的真实、准确。该研究采用粒径范围为0.6~4 μm的聚苯乙烯微球(PSL)标准粒子、单分散气溶胶发生器、混匀(分流)装置和颗粒物数量浓度测量仪等仪器设备集成搭建了适用于PM₁和PM_2.5切割器性能测试的通用系统。测试结果表明:该系统发生的PSL粒子能够保持稳定的数量浓度,并在切割气路和非切割气路间具有较好的数量浓度一致性,能在3 h内快速完成一台切割器切割效率的测试。采用该系统测试了1种类型的PM₁切割器和3种类型的PM_2.5切割器的关键切割性能。结果显示:VSCC型PM_2.5切割器D₅₀分别为2.48、2.52、2.48 μm,σ_g1分别为1.20、1.23和1.15,σ_g2分别为1.21、1.21和1.16,各项关键性能指标均符合美国和中国相关环境保护标准规范的要求,且优于SCC型和URG型切割器。推荐使用VSCC型切割器开展环境空气中PM_2.5质量浓度的监测。SCC型PM₁切割器的D₅₀为0.91 μm,σ_g1和 σ_g2为1.20和1.18,结合其他相关研究,建议PM₁切割器D₅₀合格标准应为(1.0±0.1)μm,σ_g合格标准为不超过1.20。     

几种常见非国标法颗粒物切割器性能评价及问题分析

通过搭建基于静态箱法的切割器捕集效率评价系统,分别评价了几种常见国产非国标法颗粒物切割器的性能.结果表明,2~3 L·min^-1的小流量国产切割器的D_a50在2.5 μm附近,但曲线形状与标准形状差异较大,几何标准偏差不符合要求;可调流量国产切割器符合国家标准对PM_2.5切割器的性能要求,但不符合对PM₁₀切割器的性能要求;带切换阀切割器的切换阀如果未能完全切换到预定位置,会影响切割器的性能指标.通过与同类型的进口切割器对比,揭示了国产非国标法颗粒物切割器目前存在的问题较多,并对其提出了改进建议,如提高切割器的加工精度、优化切换阀控制准确度等.     

PM10切割器捕集效率评价装置及方法研究

PM₁₀切割器是对大气颗粒物粒径进行分离的重要部件,会影响PM₁₀监测结果的准确性.本研究通过搭建基于静态箱法的切割器捕集效率评价系统,对进口和国产的两款旋风式PM₁₀切割器的捕集效率进行了评价,通过使用标准规定的8种粒径单分散聚苯乙烯微球,测量并拟合了PM₁₀切割器的捕集效率曲线,最终获取D_a50（PM₁₀切割器的捕集效率为50%时对应的空气动力学粒径）及几何标准偏差.评价结果表明,该装置能满足PM₁₀切割器的评价需求,所评价的两个PM₁₀切割器的D_a50分别为10.43 μm和10.44 μm,性能指标均符合标准规定,且进气流量增大时,PM₁₀切割器的D_a50呈减小趋势.该研究结果对于进一步规范切割器的制造及使用具有科学意义.     

PM1切割器的评价及其与PM2.5切割器的切换研究

开展了PM₁切割器的性能评价研究,通过搭建基于静态箱法的评价系统,选用8种粒径的单分散聚苯乙烯微球,结合空气动力学粒径谱仪获取PM₁切割器的捕集效率,最终得出拟合曲线.通过该方法测量得出某台BGI的PM₁切割器在16.67 L·min^-1工作流量下的50%切割粒径分布在(1.0±0.1) μm范围内,几何标准偏差分布在1.2±0.1范围内.同时研究了采样流量对PM₁切割器性能的影响,发现50%切割粒径随流量增大呈现减小趋势,而几何标准偏差一致性较好,偏差不超过1%,尤其当采样流量为6.77 L·min^-1时,PM₁切割器的性能可调整为符合国家标准对PM_2.5切割器的要求,本研究成果为PM₁切割器评价方法及性能指标的确定提供了参考.     

PM1切割器性能测试系统的搭建与应用

为对PM_1切割器的性能进行准确评估,本文设计搭建了两套PM_1切割器性能测试系统.结果发现,多分散气溶胶测试系统发生的气溶胶稳定、均匀,符合对数正态分布;单分散气溶胶测试系统发生的气溶胶稳定,单分散性良好.采用上述两套系统对5种PM1旋风切割器进行了性能评价,结果表明,两套系统测试结果基本一致,5种旋风切割器的切割粒径D50均在(1.0±0.1)μm之间,sharp-cut和Stairmand两类结构设计的切割器几何标准偏差σg分别在1.2±0.1和1.4±0.1之间.     

PM2.5旋风切割器的性能测试与模拟

切割器是PM_(2.5)采样器的关键部件,其性能的优劣将直接影响到采样结果的准确性,对其性能进行测试有助于评估PM_(2.5)采样器采样结果的准确性和可比性.因此,本研究选取两种应用广泛的BGI公司和URG公司生产的PM_(2.5)旋风切割器,分别采用多分散气溶胶和单分散气溶胶标定装置对其性能进行了测试.结果表明,两种装置的测试结果基本一致.BGI和URG切割器的切割粒径D50为(2.5±0.2)μm,能够满足环境空气PM_(2.5)采样要求(HJ 93-2013);BGI切割器的捕集效率几何标准偏差δg为1.2±0.1,满足要求;而URG切割器的δg超出规定范围.同时,本研究获得了切割器采样流量Q与D50的关系式,可通过该关系式改变切割器的Q获得所需的D50;为使BGI切割器的D50在规定的范围内,其流量偏差需限定在设计流量(即16.7 L·min-1)的-1.0%~16.7%之间,而URG切割器的流量偏差需限定在设计流量的-1.3%~16.2%之间.其次,获得了切割器流动雷诺数Ref与无量纲切割粒径D50/DC的关系式,利用该关系式可在保持设计流量不变的情况下,通过改变切割器的出口管尺寸,得到所需的D50.最后,获得了切割器Q与压力损失△P的关系式,采用5种模型对两种切割器的无量纲阻力系数KL进行模拟计算,并与测试计算结果进行比较,发现CasalMartinez模型、Coker模型和Demir模型更适用于BGI旋风切割器的△P预测,而ShepherdLapple模型和CasalMartinez模型更适用于URG旋风切割器的△P预测.     

大气PM1切割器比对测试及其浓度特征研究

为了评价3种PM1切割器的性能,获取大气PM1浓度特征,作者于2017年7-8月和10-11月2个时间段内,使用3种PM1切割器(A、B、C),每种包括3个平行切割器,对北京市车公庄地区大气PM1进行24 h连续采样,分析了9个切割器获得的558个样品的标准偏差,并进行了切割器加载测试,获得了不同负载下3种切割器的性能参数Da50和σg。研究表明,A、B、C切割器在夏季的平均标准偏差为1.6、1.6、1.2μg/m3,在秋季的平均标准偏差为2.6、2.7、2.4μg/m~3,随着污染等级增加,切割器测试的标准偏差逐渐增大,A切割器监测数据逐渐高于B、C切割器;随着颗粒物负载增加,A切割器的切割点Da50有增大的趋势,B、C切割器有减小的趋势,σg变化不明显;夏季和秋季的PM1平均浓度分别为(27.0±12.6)μg/m~3、(41.4±25.8)μg/m~3,污染过程中PM1与PM_(2.5)浓度均有升高趋势,粒径范围在1~2.5μm的粒子质量明显增加,PM1/PM2.5持续降低,其中夏季均值为(78±9)%,秋季均值为(67±16)%,夏季更高;PM1与PM2.5相关性较高,在夏季和秋季的Pearson相关系数r分别为0.97、0.95。