粒度分布的測(cè)定 氣溶膠粒子差分電遷移率分析法 編制說(shuō)明

1《粒度分布的測(cè)定氣溶膠粒子差分電遷移率分析法》（征求意見(jiàn)稿）Determinationofparticlesizedistribution—Differentialelectricalmobilityanalysisforaerosolpart2 1 1 1 1 2 2 2 3 5 5 6 7 8 11 16 16六、與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系 16 16 16 16 17 18 18 19 194、電荷分布函數(shù)fp(d) 22 24 241《粒度分布的測(cè)定氣溶膠粒子差分電遷移率分析法》（包括任務(wù)來(lái)源、制訂背景、起草過(guò)程、主要起草單位及起草人等）本文件等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO15900:202distribution—Differentialelectricalmobilityanalysisfora24、主要起草單位及起草人（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制原則、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)）3《Determinationofparticlesizedistribution—Differentialelectricalmobilityanalysisfparticles》2、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)本文件不包括在特定標(biāo)準(zhǔn)或指南中定義的差分電遷移率分析系統(tǒng)（DMAS）設(shè)計(jì)方式，如同軸圓柱DEMC、徑向DEMC、平行DEMC等。同軸圓柱DEMC是45U-SMPS2100X實(shí)驗(yàn)用單分散聚苯乙烯小球包括多種規(guī)格Unibead-80nm）+純水、600700812912123121123（與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的對(duì)比情況或與（說(shuō)明以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國(guó)際國(guó)六、與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系.....................................................SC=1+kn[A+Bexp(?..ABCA+B式（3）和（4）分別用于計(jì)算非參考溫度和壓力下的粘度和平均自由程，參考溫度記為T0 值如下：μgas,0=1.8324510-5kg?2、電遷移率測(cè)量響應(yīng)R(U)也稱為電遷移率測(cè)量響應(yīng)的基本公式。對(duì)于冷凝粒子計(jì)數(shù)器（CPCs）而言，響應(yīng)的是顆粒 其中，W(d,p)為探測(cè)器對(duì)粒子比例響應(yīng)的相關(guān)因子。對(duì)于冷凝粒子計(jì)數(shù)器（CPCsP(d)為擴(kuò)散損失的滲透率；fp(d)為電荷分布函數(shù)；Ω[Z(d,p),ΔΦ(U)]為以Z(d，p)和ΔΦ(U)作為參數(shù)ΔΦ(U)為電源電壓和DEMC儀器結(jié)構(gòu)的函數(shù)。電場(chǎng)力作用下被輸送到DEMC電極上的粒子外，轉(zhuǎn)移到DMAS任何內(nèi)表面(例如管道)的粒子流，并且粒子很小，所以DMAS中粒子的主要輸送機(jī)[gk][hi]和Willeke和Baron[wb]3.1管內(nèi)層流的顆粒滲透率計(jì)算Gormley和Kennedy定義了一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)μGK。q3.π.μgas.dTube當(dāng)μGK≤0.02時(shí)，PTube=1?2.5638.μ+1.2.μGK+0.1767.μ=0.81905.e?3.6568μ+0.09753.e?22.305μ+0.0325.e?56.961μ+0.01544.e?107.62μ于一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)μH。Hinds定義了無(wú)3PTube=0.819.e?11.5μH+0.0975.e?70.1μH+0.0325.e?179μHWilleke和Baron的滲透率公式，可基于無(wú)量綱參數(shù)μGK和經(jīng)驗(yàn)性的舍伍德數(shù)（SherwoodPTubeX=dTube.Re.Sc0.0688.X0.0688.X23)3.2不同經(jīng)驗(yàn)公式的比較附表2比較了Gormley和Kennedy(PGK)、HindsPH和Willeke和Baron(滲透率。在兩種流速和三種管長(zhǎng)的條件下，計(jì)算了10nm的PGKPHΔ(%)Δ(%)PGKPHΔ(%)Δ(%)13.3DMAS的總顆粒損失段i(i=j到k)的(等效)長(zhǎng)度Leq,i相加，以計(jì)算μGK,j-k。Leq,j?k=jLeq,i還是氣溶膠在一個(gè)新階段開(kāi)始時(shí)重新混合，那么μGK,i和PTube,i都應(yīng)從這一點(diǎn)開(kāi)始分別計(jì)算。總滲透率PDMAS是以所有階段的滲透率PTube,i(i=1至n)的乘積計(jì)算的。nDMASi=1PTUBE,iDMASDMASDMASDMAS附圖1顯示了DMAS中顆粒損失的計(jì)算結(jié)果的示例。為了說(shuō)明重新混合對(duì)通過(guò)DMAS滲a)假定DMAS的各階段間無(wú)氣溶膠重新混合(所有部分的等效長(zhǎng)度Leq,i相加)的PDMAS個(gè)階段的滲透率Ptube,i)。mmmmm1℃kPanm4、電荷分布函數(shù)fp(d)fp(d)可以由一組公式或表格數(shù)據(jù)給出，通過(guò)理論模型和/或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)近似給出粒徑相關(guān)的電荷分4.1放射性雙極荷電調(diào)節(jié)器的電荷分布函數(shù)參數(shù)值由Wiedensohler（1988）[50]和Gunn（1956）[24]推導(dǎo)的近似值計(jì)算得出。ip=-2P=-1P=0P=+1P=+2012345±是正離子或負(fù)離子的濃度。計(jì)算時(shí)，假設(shè)正負(fù)離子濃度相同，并且ZI+/ZI-附表5氣體中（293.15K，101.3kPa）由放射性荷電調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的球形顆粒雙極荷-101234561000000000020000000000500000000000000000000000000000000000000000004.2其它雙極和單極荷電調(diào)節(jié)器的電荷分布函數(shù)DEMC傳遞函數(shù)Ω定義為從氣溶膠入口處進(jìn)入DEMC的氣溶膠顆粒通過(guò)探測(cè)器出口排出當(dāng)圓柱形DEMC在高精度下運(yùn)行時(shí)，可采用如下簡(jiǎn)化方法求解差不會(huì)太大。因此，可以將函數(shù)n(d)，fp(d)和W(d,p)替換為它們?cè)赿p*處的常數(shù)值，并在積N3*是CPC所顯示的數(shù)濃度。當(dāng)CPC作為探測(cè)器時(shí)，其響應(yīng)因子W與基本電荷的數(shù)量p無(wú)對(duì)于將過(guò)剩氣流q4再循環(huán)到鞘氣流q1中的DMAS，可從附圖4得到式（9）中的微分項(xiàng)(w- 探測(cè)器響應(yīng)因子W(dp*,p)可以轉(zhuǎn)換為： 對(duì)于循環(huán)的DMAS，假設(shè)CPC的探測(cè)流量qCPC等于在DEMC上遷移篩選的氣溶膠流量q3）， ?N(2,OSC)(dp=1*)為： 在僅帶單電荷顆粒的假設(shè)下，這種近似方法可簡(jiǎn)單地計(jì)算出顆粒111負(fù)βDEMC[-]U—電壓 (21)Z1和U1的計(jì)算結(jié)果如附表8所示。電壓顯示為負(fù)值，說(shuō)明用于測(cè)量的DEMC中心電極為首先，選擇初始粒徑dmin=30nm。使用式（18）和式（1）至（4由dmin計(jì)算出單電荷顆粒的最大電遷移率Z(dmin,p=1)，結(jié)果如附表8所示。 (22)1.8243×10?5[cm2/(Vs)]Z1q1Lξ1 (23) (24) (25)通過(guò)硅膠擴(kuò)散干燥器進(jìn)行干燥。然后用DMAS在步進(jìn)模式下測(cè)量所得的多分散NaCl氣溶膠iUi[V]1234567896.4假設(shè)僅有單電荷顆粒的數(shù)據(jù)反演q2 (26) iZi+ΔZiZiZi?ΔZi123456789注意：商業(yè)數(shù)據(jù)反演程序通常在直徑范圍內(nèi)使用固定區(qū)間格式（例如，對(duì)數(shù)相等的粒徑區(qū)間Δlog(di,p=1)=常因此利用公式(6)、(7)和附表3中系數(shù)p=+1以及離子遷移率之比為0.87fp=1(di,p=1)。根據(jù)多電荷修正的最終粒度分布，計(jì)算出與粒徑相關(guān)的顆粒穿過(guò)系統(tǒng)的滲透率 P(di,p=1)。對(duì)于此處演示的計(jì)算步驟，所有檢測(cè)區(qū)間i的P(di,p=1)的值均設(shè)置為1。附表11顯示 i時(shí)的粒子濃度?N2,OSC(di,p=1)。ifp=1(di.p=1)[-]112131415161718191111111111111111在此數(shù)據(jù)采集和計(jì)算示例中，含有顆粒的最大數(shù)據(jù)24的ΔN2(d24,p=1)可通過(guò)假定僅有單電荷正確計(jì)算出，即ΔN2,MCC(d24,p=1)=?N2,OSC(d24,p=1)，其中從k=24開(kāi)始，單位體積有個(gè)顆粒，由于其具有較高的電遷移率p>1]的邊界，其邊界是通過(guò)將區(qū)間[k，p=1]的邊界遷移率乘以電荷對(duì)于k=24，雙電荷顆粒（p=2）落入數(shù)據(jù)采集區(qū)間i=2于區(qū)間k=24的顆粒而言，含p=2至p=6電荷的多電荷顆粒的電荷修正將會(huì)影響采集區(qū)間i= (29)例如，wi=21,k=24,p=2表示的是源自區(qū)間k=24的雙電荷顆粒的濃度注：式（30）對(duì)應(yīng)于附圖5中w=B/A，式（31…………(32)p=200000000p=300000000p=400000000p=500000000p=600000000000由于θi,k不取決于顆粒的數(shù)濃度，且就濃度而言的多電荷修正僅取決于區(qū)間k和i<k中的 附表13根據(jù)式（33）對(duì)源自區(qū)間k=24且p≤6的多電荷顆粒的多電荷修正起步計(jì)算示例000減小時(shí)，修正隨對(duì)?N2,MCC(di,p……………(34)附圖7對(duì)k=24至k=1的ΔN2,MCC(di,本例中，多電荷修正后的顆粒數(shù)濃度?N2,MCC(di,p=1)是基于每個(gè)顆粒最多帶6個(gè)電荷計(jì)算附表14含多電荷修正（MCC）的DMAS進(jìn)口氣流中顆粒數(shù)濃度的計(jì)i1234567896.6擴(kuò)散損失修正DMAS的擴(kuò)散損失分為四部分，可通過(guò)等效長(zhǎng)度和流量來(lái)表征擴(kuò)散損失。附表15顯示DMAS的擴(kuò)散損失及等效長(zhǎng)度和流速。11213141——1 (36) (d)=0,81905-3458(+0,09753-22305(+00325-6961(1)+00154-107()(38)根據(jù)滲透率P(d)=PTube(d)，依公式（39）計(jì)算DMAS進(jìn) (39)附表16顯示了擴(kuò)散損失參數(shù)μ(di,p=1)和D(di,p=1)以及由此產(chǎn)生的通過(guò)DMAS的擴(kuò)散損失修正的滲透率P(di,p=1)。此外，給出了?N2,MCC(di