本发明涉及气溶胶研究，具体而言，涉及一种气溶胶行为机理研究的试验装置及试验方法。
背景技术：
1、在核电厂发生事故后，堆芯内的放射性裂变产物会以气体、水蒸气及气溶胶的形式释放到安全壳内。气溶胶作为放射性裂变产物的主要载体，也是事故后安全壳内的放射性裂变产物释放至周围大气环境中的重要源项。气溶胶在安全壳内的行为主要包括自然沉降、热泳沉积、扩散泳沉积、吸湿增长、布朗凝并、重力凝并等，研究核电厂事故后的安全壳内气溶胶行为机理具有非常重要的意义。
2、现有技术cn114993893a公开了一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置，包括安全壳模拟体、气溶胶注入系统、蒸汽注入系统、喷淋系统、去离子水注入系统、凝液收集系统、壁温控制系统、抽真空系统、气溶胶采样及测量系统、控制及辅助系统。通过精确控制安全壳模拟体内温度、湿度、压力热工环境参数、注入气溶胶粒子浓度及粒径，可获得多种工况下预期可控的实验边界条件。
3、现有技术cn211654328u公开了一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的试验系统，包括试验容器，以及与试验容器同时相连接的气溶胶发生系统、水温控制系统、蒸汽发生系统、气溶胶测量系统以及氢气燃烧系统，其中，试验容器为侧壁带有夹层的筒体结构，其通过水温控制系统对试验容器内部的温度进行控制；气溶胶发生系统可产生气溶胶并输送至试验容器；蒸汽发生系统可为试验容器提供固定温度的饱和蒸汽；氢气燃烧系统通过对氢气燃烧控制，为试验容器生成所需的膨胀气流。
4、以上技术方案均未涉及不同种类、粒径和数量浓度的气溶胶在不同环境温度和相对湿度条件下的行为机理研究，也没有实现气溶胶的定时、定量、自动、快速采样。
5、鉴于以上技术问题，特推出本发明。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种气溶胶行为机理研究的试验装置及试验方法，用于研究不同种类、粒径和数量浓度的气溶胶在不同环境温度和相对湿度条件下的行为机理。
2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种气溶胶行为机理研究的试验装置，包括由连接管线连接起来的试验管、空气供应系统、气溶胶配送系统、气溶胶缓冲系统、抽真空系统、水蒸气发生系统、气溶胶采样系统和气溶胶测量系统；
3、试验管可将其内部温度调节至预设值并保持内部温度稳定，空气供应系统可将空气温度调节至预设值并输送至气溶胶配送系统，将气溶胶配送系统产生的气溶胶输送至气溶胶缓冲系统，抽真空系统用于对气溶胶缓冲系统抽真空，在气溶胶缓冲系统中可配制预设温度下具有预设数量浓度的气溶胶并输送至试验管内；
4、水蒸气发生系统可产生预设温度的水蒸气并输送至试验管内，使得试验管内达到预设相对湿度，气溶胶采样系统用于对试验管内的气溶胶进行采样并输送至气溶胶测量系统进行参数测量，以使得试验装置可研究不同数量浓度的气溶胶在不同环境温度和相对湿度条件下的行为机理。
5、进一步的，试验装置还包括流量调节系统和气溶胶稀释系统，空气供应系统通过流量调节系统连接至气溶胶稀释系统，气溶胶稀释系统连接于气溶胶采样系统和气溶胶测量系统之间，在气溶胶稀释系统中使得采样得到的气溶胶与空气以预设稀释比进行稀释。
6、进一步的，空气供应系统还通过流量调节系统连接至水蒸气发生系统，使得在水蒸气发生系统中可配制预设相对湿度的空气并输送至试验管内。
7、进一步的，流量调节系统包括主管线和多条不同管径的支管线，多条支管线的一端均与主管线连通，另一端与大气连通，每条支管线上设置有可调节开度的调节阀。
8、进一步的，试验管上沿轴向方向设置有多个气溶胶注入口，多个气溶胶采样口和两个以上的水蒸气注入口，分别对应与多个气溶胶注入支路、多个气溶胶采样支路和两个以上的水蒸气注入支路连接。
9、进一步的，气溶胶采样系统包括多个气溶胶采样箱，每个气溶胶采样支路包括气溶胶采样箱和采样阀门，每个气溶胶采样支路均通过输送阀门连接至气溶胶稀释系统，气溶胶采样箱内设置有可固定行程移动的活塞。
10、进一步的，气溶胶稀释系统包括气溶胶稀释容器，气溶胶稀释容器包括多个容积相同的隔间，每个隔间分别与每个气溶胶采样支路对应连接，流量调节系统通过稀释阀门与各个隔间连接。
11、进一步的，每个气溶胶采样箱通过气溶胶采样管线与试验管内部连通，位于试验管内的部分气溶胶采样管线包括套筒组件，套筒组件可沿试验管的轴向方向进行不同长度的伸缩，以实现试验管不同径向方向的采样。
12、进一步的，气溶胶配送系统包括多个气溶胶配送子系统，气溶胶缓冲系统包括多个气溶胶缓冲罐，每个多个气溶胶注入支路包括气溶胶配送子系统、气溶胶缓冲罐、气溶胶配送阀门、缓冲阀门和气溶胶注入阀门，每个气溶胶缓冲罐通过抽真空阀门与抽真空系统连接。
13、进一步的，水蒸气发生系统包括两个以上的水蒸气发生装置，每个水蒸气注入支路包括水蒸气发生装置、水蒸气输送阀门和水蒸气注入阀门，水蒸气发生装置包括超声雾化器和多层电加热丝，多层盘旋式设计的电加热丝设置于超声雾化器的上方，每层电加热丝两端通过轴承与水蒸气发生装置的内壁连接。
14、进一步的，水蒸气发生装置通过水蒸气注入管线与试验管内部连通，水蒸气注入管线外壁面设置有保温材料，水蒸气注入管线的出口设置有可自由伸缩和旋转的蒸汽喷头。
15、进一步的，试验管上还设置有吹扫口和排放口，吹扫口通过吹扫阀门连接至空气供应系统，吹扫口设有扩散喷嘴，扩散喷嘴的出口两端与可沿试验管轴向移动的轴杆相连接，用于试验管内部全方位的气溶胶吹扫。
16、进一步的，试验管的内壁面上设置有厚度范围在0.03～0.08mm的金属氧化物抗静电膜。
17、进一步的，试验管的外壁上设置有伴热带和保温棉，伴热带围绕试验管的外壁螺旋式布置，保温棉的材料包括硅酸盐。
18、进一步的，空气供应系统的出口位置处设置有空气供应阀门和减压阀，空气供应系统包括空气压缩机、空气缓冲罐、空气加热器、空气干燥器和空气高效过滤器，空气高效过滤器用于过滤粒径0.5μm以上的颗粒灰尘及悬浮物。
19、为了实现上述目的，根据本发明的又一个方面，提出了一种气溶胶行为机理研究的试验方法，采用气溶胶行为机理研究的试验装置，并包括如下步骤：
20、试验准备步骤，使用抽真空系统将气溶胶缓冲系统和试验管的内部均抽至真空状态，通过空气供应系统，向试验管内注入空气，调节使得试验管内的温度稳定在预设温度，试验管内气压稳定在标准大气压下；
21、水蒸气注入步骤，开启水蒸气发生系统，待产生的水蒸气达到预设温度后向试验管内注入，使得试验管内的相对湿度达到预设相对湿度且稳定；
22、气溶胶配制及注入步骤，开启空气供应系统和气溶胶配送系统，向气溶胶缓冲系统内注入气溶胶，使得气溶胶缓冲系统内的气溶胶达到预设的数量浓度和预设温度并保持稳定，气溶胶缓冲系统向试验管内各个位置注入气溶胶，使得试验管内各个位置气溶胶达到预设的数量浓度并保持稳定；
23、采样测量步骤，开启气溶胶采样系统，在试验管内不同位置采集多个样品并输送至气溶胶测量系统，气溶胶测量系统对样品气溶胶进行粒径分布、质量浓度和数量浓度的参数测量。
24、进一步的，在采样测量步骤中，开启流量调节系统并调节流量调节系统出口的空气流量达到预设值并保持稳定，将气溶胶采样系统采集的样品先输入气溶胶稀释系统中，使得样品与空气以预设稀释比进行稀释后，再输送至气溶胶测量系统。
25、进一步的，在水蒸气注入步骤中，开启水蒸气发生系统后，开启流量调节系统并调节流量调节系统出口的空气流量达到预设值并保持稳定，向水蒸气发生系统中注入空气，使得水蒸气发生系统内达到预设相对湿度并保持稳定，再向试验管内注入。
26、进一步的，试验方法还包括吹扫恢复步骤，位于采样测量步骤之后，对气溶胶稀释系统中的气溶胶进行吹扫，使得气溶胶稀释系统中气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定，将使空气供应系统供应的空气温度降至常温且保持稳定，对试验管内进行吹扫，使得试验管内气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定，将试验装置回到初始状态。
27、进一步的，在吹扫恢复步骤中，气溶胶稀释系统中气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定后，可重复进行多次采样测量步骤，以进行多组气溶胶参数测量。
28、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下有益效果：
29、1、本发明的试验装置通过设计具有温度调节功能的试验管、空气供应系统和水蒸气发生系统，保障了气溶胶始终在相同的环境温度下与水蒸气发生反应，设置气溶胶缓冲系统中可配置一定浓度的气溶胶，结合本发明提出的试验方法，能够较为精确地进行不同种类、粒径和数量浓度的气溶胶在不同环境温度和不同相对湿度条件下的试验研究。
30、2、本发明的试验装置通过设置流量调节系统和气溶胶稀释系统，可以实现气溶胶样本与空气的以固定稀释比的动态稀释，可提高本试验装置获得试验数据的准确性和连续性。
31、3、本发明的试验装置通过设计试验管上的多个溶胶注入口、气溶胶采样口、水蒸气注入口及对应的多个支路，可以实现气溶胶和水蒸气向试验管内部的多位置进行注入，使得试验管内部的气溶胶和水蒸气分布更加均匀，从而提高本试验装置获得数据的准确性。
32、4、本发明的试验装置设计的气溶胶采样箱可以实现气溶胶的定时、定量、自动化地采样，尤其采样速度较快，以防止气溶胶发生凝并，还能够实现在试验管不同径向位置处取样，可以提升本试验装置的数据准确性、可操作性，降低操作人员数量及成本。
33、5、本发明的试验装置通过设计吹扫口，可实现对试验管内部的全方位吹扫，使试验管内的气溶胶更容易被排出，提高了本试验装置的后处理效率，空气供应系统设置有高效过滤器等多种设备，可提供更加洁净、干燥的空气。
34、6、本发明的试验装置通过设计试验管内壁的抗静电膜，消除了静电吸附效应对气溶胶壁面沉积行为的影响，进一步提升了本试验装置获得试验数据的准确性和真实性。
1.一种气溶胶行为机理研究的试验装置，其特征在于，包括由连接管线连接起来的试验管(1)、空气供应系统(2)、气溶胶配送系统(6)、气溶胶缓冲系统(8)、抽真空系统(23)、水蒸气发生系统(13)、气溶胶采样系统(14)和气溶胶测量系统(21)；
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括流量调节系统(18)和气溶胶稀释系统(20)，所述空气供应系统(2)通过所述流量调节系统(18)连接至所述气溶胶稀释系统(20)，所述气溶胶稀释系统(20)连接于所述气溶胶采样系统(14)和所述气溶胶测量系统(21)之间，在所述气溶胶稀释系统(20)中使得采样得到的所述气溶胶与空气以预设稀释比进行稀释。
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述空气供应系统(2)还通过所述流量调节系统(18)连接至所述水蒸气发生系统(13)，使得在所述水蒸气发生系统(13)中可配制预设相对湿度的空气并输送至所述试验管(1)内。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述流量调节系统(18)包括主管线(25)和多条不同管径的支管线(26)，所述多条支管线(26)的一端均与所述主管线(25)连通，另一端与大气连通，每条所述支管线(26)上设置有可调节开度的调节阀。
5.根据权利要求2-4中的任一项所述的试验装置，其特征在于：所述试验管(1)上沿轴向方向设置有多个气溶胶注入口，多个气溶胶采样口和两个以上的水蒸气注入口，分别对应与多个气溶胶注入支路、多个气溶胶采样支路和两个以上的水蒸气注入支路连接。
6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述气溶胶采样系统(14)包括多个气溶胶采样箱(14a，14b，14c)，每个所述气溶胶采样支路包括所述气溶胶采样箱(14a，14b，14c)和采样阀门(12a，12b，12c)，每个所述气溶胶采样支路均通过输送阀门(16a，16b，16c)连接至所述气溶胶稀释系统(20)，所述气溶胶采样箱(14a，14b，14c)内设置有可固定行程移动的活塞。
7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：所述气溶胶稀释系统(20)包括气溶胶稀释容器，所述气溶胶稀释容器包括多个容积相同的隔间，每个所述隔间分别与每个所述气溶胶采样支路对应连接，所述流量调节系统(18)通过稀释阀门(19)与各个所述隔间连接。
8.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：每个所述气溶胶采样箱(14a，14b，14c)通过气溶胶采样管线与所述试验管(1)内部连通，位于所述试验管(1)内的部分所述气溶胶采样管线包括套筒组件，所述套筒组件可沿所述试验管(1)的轴向方向进行不同长度的伸缩，以实现所述试验管(1)不同径向方向的采样。
9.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述气溶胶配送系统(6)包括多个气溶胶配送子系统(6a，6b，6c，6d)，所述气溶胶缓冲系统(8)包括多个气溶胶缓冲罐(8a，8b，8c，8d)，每个所述多个气溶胶注入支路包括所述气溶胶配送子系统(6a，6b，6c，6d)，所述气溶胶缓冲罐(8a，8b，8c，8d)、气溶胶配送阀门(5a，5b，5c，5d)、缓冲阀门(7a，7b，7c，7d)和气溶胶注入阀门(9a，9b，9c，9d)，每个所述气溶胶缓冲罐(8a，8b，8c，8d)通过抽真空阀门(11a，11b，11c，11d)与所述抽真空系统(23)连接。
10.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述水蒸气发生系统(13)包括两个以上的水蒸气发生装置(13a，13b)，每个所述水蒸气注入支路包括所述水蒸气发生装置(13a，13b)、水蒸气输送阀门(15a，15b)和水蒸气注入阀门(24a，24b)，所述水蒸气发生装置(13a，13b)包括超声雾化器和多层电加热丝，多层盘旋式设计的所述电加热丝设置于所述超声雾化器的上方，每层所述电加热丝两端通过轴承与所述水蒸气发生装置(13a，13b)的内壁连接。
11.根据权利要求10所述的试验装置，其特征在于：所述水蒸气发生装置(13a，13b)通过水蒸气注入管线与所述试验管(1)内部连通，所述水蒸气注入管线外壁面设置有保温材料，所述水蒸气注入管线的出口设置有可自由伸缩和旋转的蒸汽喷头。
12.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述试验管(1)上还设置有吹扫口和排放口，所述吹扫口通过吹扫阀门(10)连接至所述空气供应系统(2)，所述吹扫口设有扩散喷嘴，所述扩散喷嘴的出口两端与可沿所述试验管(1)轴向移动的轴杆相连接，用于所述试验管(1)内部全方位的气溶胶吹扫。
13.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试验管(1)的内壁面上设置有厚度范围在0.03～0.08mm的金属氧化物抗静电膜。
14.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试验管(1)的外壁上设置有伴热带和保温棉，所述伴热带围绕所述试验管(1)的外壁螺旋式布置，所述保温棉的材料包括硅酸盐。
15.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述空气供应系统(2)的出口位置处设置有空气供应阀门(3)和减压阀(4)，所述空气供应系统(2)包括空气压缩机、空气缓冲罐、空气加热器、空气干燥器和空气高效过滤器，所述空气高效过滤器用于过滤粒径0.5μm以上的颗粒灰尘及悬浮物。
16.一种气溶胶行为机理研究的试验方法，其特征在于，采用上述权利要求1-15中的任一项所述的气溶胶行为机理研究的试验装置，并包括如下步骤：
17.根据权利要求16所述的试验方法，其特征在于：在所述采样测量步骤(s4)中，开启流量调节系统(18)并调节所述流量调节系统(18)出口的空气流量达到预设值并保持稳定，将所述气溶胶采样系统(14)采集的样品先输入气溶胶稀释系统(20)中，使得所述样品与空气以预设稀释比进行稀释后，再输送至所述气溶胶测量系统(21)。
18.根据权利要求17所述的试验方法，其特征在于：在所述水蒸气注入步骤(s2)中，开启水蒸气发生系统(13)后，开启所述流量调节系统(18)并调节所述流量调节系统(18)出口的空气流量达到预设值并保持稳定，向所述水蒸气发生系统(13)中注入空气，使得所述水蒸气发生系统(13)内达到所述预设相对湿度并保持稳定，再向所述试验管(1)内注入。
19.根据权利要求17所述的试验方法，其特征在于：所述试验方法还包括吹扫恢复步骤(s5)，位于所述采样测量步骤(s4)之后，对所述气溶胶稀释系统(20)中的气溶胶进行吹扫，使得所述气溶胶稀释系统(20)中气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定，将所述使空气供应系统(2)供应的空气温度降至常温且保持稳定，对所述试验管(1)内进行吹扫，使得所述试验管(1)内气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定，将试验装置回到初始状态。
20.根据权利要求19所述的试验方法，其特征在于：在所述吹扫恢复步骤(s5)中，所述气溶胶稀释系统(20)中气溶胶质量浓度和数量浓度达到本底且稳定后，可重复进行多次所述采样测量步骤(s4)，以进行多组气溶胶参数测量。
