振動孔式氣溶膠發(fā)生器通過高壓液體噴射與周期性機(jī)械擾動結(jié)合,實(shí)現(xiàn)液滴的均勻斷裂與粒徑精準(zhǔn)控制。其核心原理可分為三個階段:
高壓噴射與液柱形成:液體通過精密注射泵以恒定流量(Q)輸送至微孔片,形成圓柱形液柱。微孔直徑通常為0.05-0.5mm,確保液柱穩(wěn)定性。例如,TSI3450型號的微孔片設(shè)計可避免液柱偏移,為后續(xù)均勻斷裂奠定基礎(chǔ)。
周期性機(jī)械擾動:壓電陶瓷提供高頻振動(100-1000Hz),使液柱在特定頻率下斷裂為均勻液滴。振動頻率與液滴生成速率嚴(yán)格匹配,確保每個擾動周期產(chǎn)生一個液滴。例如,當(dāng)振動頻率為500Hz時,每秒生成500個液滴,粒徑分布幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.01。
溶劑蒸發(fā)與單分散粒子形成:液滴在氣流輸送過程中,揮發(fā)性溶劑(如乙醇、水)迅速蒸發(fā),形成固態(tài)或液態(tài)單分散氣溶膠粒子。粒子粒徑可通過調(diào)節(jié)液體流量(Q)、溶質(zhì)濃度(C)和振動頻率(f)精確控制。例如,當(dāng)Q=0.1cm³/s、C=0.01、f=500Hz時,粒徑計算值約為2.3μm,實(shí)際誤差小于2%。
典型應(yīng)用場景:
光學(xué)粒子計數(shù)器校準(zhǔn):需粒徑高度均勻的氣溶膠(如0.3μm、1μm標(biāo)準(zhǔn)粒子)。
濾料效率測試:模擬特定粒徑污染物(如0.5μmDEHS顆粒)檢測HEPA過濾器性能。
人體暴露研究:生成特定粒徑(如2.5μm)的污染物模擬吸入場景。
冷凝式氣溶膠發(fā)生器:氣相沉積與冷凝的粒徑調(diào)控
冷凝式氣溶膠發(fā)生器通過氣化-冷凝過程生成粒徑嚴(yán)格可控的氣溶膠,其技術(shù)流程可分為三個階段:
晶核生成:利用噴霧發(fā)生器(如Laskin噴嘴)將液體(如DEHS、DOP)霧化成微小液滴,作為冷凝核心。例如,ZR-1300A型發(fā)生器通過4-10個Laskin噴嘴組合,可生成濃度達(dá)10?/cm³的晶核,為后續(xù)冷凝提供均勻核心。
氣相沉積:晶核進(jìn)入裝有氣溶膠物質(zhì)(如石蠟油)的蒸發(fā)器,周圍充滿氣態(tài)物質(zhì)。氣態(tài)分子在晶核表面吸附并沉積,形成初步顆粒。例如,德國TopasSLG系列發(fā)生器通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器溫度(如150℃),控制氣態(tài)物質(zhì)沉積速率,實(shí)現(xiàn)粒徑初步調(diào)控。
冷凝控制:混合氣體進(jìn)入冷凝裝置后,溫度驟降(如從150℃降至20℃),氣態(tài)物質(zhì)依附晶核冷凝形成固態(tài)或液態(tài)顆粒。通過調(diào)節(jié)冷凝溫度和流量(3.5-4.5L/min),可精確控制粒徑。例如,當(dāng)冷凝溫度為10℃時,生成0.5μmDEHS顆粒;溫度升至30℃時,粒徑增大至2μm。
關(guān)鍵優(yōu)勢:
粒徑范圍廣:可生成0.1-8μm的固體或液體顆粒(如巴西棕櫚硬蠟、硬脂酸)。
濃度可控:粒子生成濃度超過10?/cm³,幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.25。
形態(tài)穩(wěn)定:輸出球形、電中性顆粒,適用于熒光或放射性標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。
典型應(yīng)用場景:
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)粒子生成:模擬大氣氣溶膠行為(如霧霾顆粒擴(kuò)散研究)。
激光多普勒速度計校準(zhǔn):需高濃度均勻顆粒(如1μm聚苯乙烯顆粒)。
煙氣探測器性能分析:檢測探測器對特定粒徑(如2.5μm)的響應(yīng)。
技術(shù)對比與選型建議
粒徑控制精度:
振動孔式:粒徑計算誤差小于2%,幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差<1.01,適用于需嚴(yán)格粒徑控制的場景(如儀器校準(zhǔn))。
冷凝式:粒徑范圍更廣(0.1-8μm),但幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.10-1.25,適合對粒徑分布要求稍寬的實(shí)驗(yàn)(如風(fēng)洞模擬)。
操作復(fù)雜度:
振動孔式:需精確調(diào)節(jié)振動頻率和液體流量,對操作人員技術(shù)要求較高。
冷凝式:通過調(diào)節(jié)冷凝溫度和流量即可控制粒徑,操作更直觀。
應(yīng)用場景匹配:
若需生成粒徑小于1μm的納米級顆粒,冷凝式是選擇(振動孔式最小粒徑通常為0.8μm)。
若需高濃度(>10?/cm³)氣溶膠,冷凝式性能更優(yōu);若需粒徑絕對均勻(幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差<1.05),振動孔式更適用。