一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置和操作方法。该装置包括风环境控制系统、加粉系统和植物滞尘暴露系统；风环境控制系统包括风机，用于产生模拟风速；加粉系统包括位于风机下风处的加粉元件，用于添加颗粒物，模拟颗粒污染；植物滞尘暴露系统位于加粉元件的下风处，用于固定植物样本。进一步地，还包括颗粒物测定系统。本发明专利技术通过相应调控系统可模拟植物在不同风速等级环境和空气颗粒物物污染浓度条件下，对不同的待分析植物滞尘能力进行定量实验；定量分析不同枝冠结构和叶表面结构的植物对颗粒物的消减作用的影响程度，找到更适合于不同风速和颗粒物环境的高效滞尘植物，对城市空气颗粒物污染控制及绿化树种选择具有十分重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置及操作方法
本专利技术属于城市绿地植物在环境风干扰下对大气颗粒物控制领域，尤其涉及一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置及操作方法。
技术介绍
随着世界各国经济的发展，带动着能源、工业、交通等需求的快速增长，大气颗粒物的污染问题日渐突出，严重威胁人体健康。目前对颗粒物控制削减己成为国际上大气污染研究领域的热点和前沿。植物对颗粒物的削减作用是诸多空气治理方式中较有效的方式之一，植物对颗粒物有削减作用得到了诸多研究的证实(PeacheyandSinnettetal.,2009；Pullman,2009；andPopeketal.,2012；PopekandGawrońskaetal.,2013)。然而植物对颗粒物削减效应及过程受到颗粒物类型、气象环境、群落特征、物种特征等多种因素影响(BeckettandFreerSmithetal.,2000；Freer-SmithandBeckettetal.,2005；PopekandGawrońskaetal.,2013)。由于上述这些因素变化较大，对于植物对颗粒物的机理研究受到控制实验技术和条件的限制，以至于前人针对植物对颗粒削减效益研究依然不足。特别是在风干扰条件下的植物滞留过程研究相对较少。经过对现有技术检索发现，植物吸附颗粒物能力大小研究装置有部分专利公布，如CN103278433A、CN104502544A等，此类装置多适用于静态环境下植物吸附颗粒实验，不能完成风干扰条件下的控制实验，且体积较小不利于同时进行多个样本控制实验。而关于风洞设备多出现在流体力学研究中，如CN104280204A，CN104280204B等，主要用于航空航天、汽车等空气动力学实验，不仅体型较大，而且没有植物滞尘模拟系统，不适用于植物滞留颗粒物机理研究。
技术实现思路
本领域技术人员致力于提供一种用于研究城市绿地植物在不同风力干扰下对大气颗粒物滞留削减机理的风洞模拟实验装置与实验操作方法，能够定量控制风力强度，分析不同植物对大气颗粒物削减过程特征及能力差异。本专利技术目的在于提供一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，在装置中放置待分析的城市园林植物，在风力控制系统装置中模拟风洞实验，通过加粉系统装置添加定量的颗粒物，在滞尘暴露系统装置中采集样品，并在颗粒物测定系统中测定数据，不仅能够定量控制风力强度及颗粒物添加速率，而且能够定量分析植物在不同风力干扰下对大气颗粒物吸附过程。一方面为研究植物滞留颗粒物过程机理提供基础设施，另一方面为类似研究提供实验方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，包括风环境控制系统、加粉系统和植物滞尘暴露系统；风环境控制系统包括风机，用于产生模拟风速；加粉系统包括位于风机下风处的加粉元件，用于添加颗粒物，模拟颗粒污染；植物滞尘暴露系统位于加粉元件的下风处，用于固定植物样本。进一步地，风环境控制系统还包括第一蜂窝板和控制风机的调频器；第一蜂窝板位于风机和加粉元件之间，用于形成稳定均匀的平行风速。优选地，调频器通过数字信号调控风机。进一步地，风环境控制系统还包括风洞仓；风洞仓包括依次连接的动力段、稳流段、实验段和稳定段，还包括设置在所述实验段的侧壁上的门；风机设置在动力段上；第一蜂窝板设置在稳流段的前端；加粉元件包括加粉口，加粉口设置在稳流段的顶部上；植物滞尘暴露系统设置在实验段和稳定段上。门用于放入和取出样本。动力段用于安装风机，产生不同大小风速；稳流段前端安装的第一蜂窝板，可形成稳定均匀的平行风速，同时由于稳流段的上端设有加粉口，因此也是可叫做加粉段；实验段主要给植物实验提供空间；稳定段，是一个平稳疏导气流段，主要是防止气流快速扩散导致实验段风环境改变。进一步地，植物滞尘暴露系统包括第二蜂窝板；第二蜂窝板设置在稳定段的前端，将实验段和稳定段分隔开，用于平稳疏导气流，防止气流快速扩散导致实验段的风环境改变。进一步地，加粉系统还包括依次连接的气泵、气阀、进气管、加粉瓶和出气管；加粉元件包括扩散管；扩散管与出气管连通；加粉系统被设置为：气泵产生气流，为颗粒物添加提供动力；气阀控制经过进气管的气流量；气流随进气管进入加粉瓶，使加粉瓶内的颗粒物悬浮，并随气流从出气管进入扩散管；扩散管的底部密封，而四周布满小孔，在气压作用下，颗粒物随气流从小孔喷洒而出；扩散管位于风机和植物滞尘暴露系统之间。颗粒物扩散在稳流段并随风进入实验段。进一步地，出气管或者扩散管穿过加粉口。进一步地，进气管伸入到加粉瓶的底部或者下半部分；出气管设置在加粉瓶的顶部或者上半部分。进一步地，植物滞尘暴露系统包括固定台；固定台包括隔板；隔板上设置有圆柱状凹槽。优选地，每块隔板上设置有两个圆柱状凹槽。圆柱状凹槽能够插入管状物和棒状物，比如钢管、树枝等，因此可以垂直放置树枝等样品，模拟自然树枝。固定台设置在实验段的顶部、底部和/或侧壁上。优选地，在实验段的顶部和底部均设置有固定台，用于固定样本。进一步地，植物滞尘暴露系统还包括垂直支架；垂直支架可拆卸地设置在固定台上；垂直支架包括网格板和固定夹。也可借助圆柱状凹槽固定垂直支架。网格板，结合固定夹，可以同时固定多组样本。固定夹将样本夹持在网格板上。进一步地，隔板和固定夹的数量均大于1；隔板之间平行排布。隔板之间能够平放实验样品(即植物样本)，防止实验样品被风吹滑动。进一步地，第二蜂窝板位于稳定段的起始位置，将实验段和稳定段分隔开。稳流段、实验段和稳定段除轴向上开口用于风流动外，为四周密闭空间，仅保留有加粉口和门。进一步地，还包括颗粒物测定系统，用于测定不同时段植物吸附颗粒物能力和后期数据分析；颗粒物测定系统包括浸泡容器和颗粒物计数器。进一步地，浸泡容器为浸泡桶；颗粒物计数器为激光粒度计数器。进一步地，颗粒物测定系统还包括枝剪，用于剪经过颗粒物暴露实验后的植物叶片。植物滞尘机理研究的风洞模拟装置保证实验在一个稳定的风环境中进行。进一步地，风环境控制系统、加粉系统和植物滞尘暴露系统是合为一体的装置。颗粒物测定系统是独立装置。本专利技术的另一个目的在于提供使用一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置的操作方法，定量控制风力强度及颗粒物添加速率，从而定量分析植物在不同风力干扰下对大气颗粒物吸附过程。该操作方法包括以下步骤：1)根据实验要求选取植物样本和颗粒物粉末；2)将选定的植物样本固定在植物滞尘暴露系统的固定台或垂直支架上，将选定的颗粒物粉末加入加粉系统；3)根据实验需求，调节风环境控制系统，设定风速；4)根据实验需求调节加粉系统，控制气流量，从而控制加粉速度；5)开启风机和加粉系统的气泵；6)在实验要求的暴露时间后，从植物滞尘暴露系统中取出植物样本；7)将步骤6)取出的植物样本的叶片剪入放有浸泡液的浸泡容器，浸泡；8)将步骤7)中经过浸泡的叶片上的颗粒物清理到浸泡容器的液体中后，取出叶片，用颗粒物计数器测定浸泡容器中的液体里的颗粒物数量。进一步地，步骤7)中的浸泡液为蒸馏水，浸泡时间是2小时；步骤8)中清理叶片用的也是蒸馏水；同批次的实验分别所用到的作为浸泡和清理的蒸馏水的量是相同的；步骤2)中颗粒物粉末加入加粉系统的加粉瓶中。既可以直接用浸泡后的蒸馏水来清理叶片，也可以用未经过浸泡的蒸馏水来清理叶片。比如，采取在浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，包括风环境控制系统、加粉系统和植物滞尘暴露系统；所述风环境控制系统包括风机，用于产生模拟风速；所述加粉系统包括位于所述风机下风处的加粉元件，用于添加颗粒物，模拟颗粒污染；所述植物滞尘暴露系统位于所述加粉元件的下风处，用于固定植物样本。

【技术特征摘要】
1.一种植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，包括风环境控制系统、加粉系统和植物滞尘暴露系统；所述风环境控制系统包括风机，用于产生模拟风速；所述加粉系统包括位于所述风机下风处的加粉元件，用于添加颗粒物，模拟颗粒污染；所述植物滞尘暴露系统位于所述加粉元件的下风处，用于固定植物样本。2.如权利要求1所述的植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，所述风环境控制系统还包括第一蜂窝板和控制所述风机的调频器；所述第一蜂窝板位于所述风机和所述加粉元件之间，用于形成稳定均匀的平行风速。3.如权利要求2所述的植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，所述风环境控制系统还包括风洞仓；所述风洞仓包括依次连接的动力段、稳流段、实验段和稳定段，还包括设置在所述实验段的侧壁上的门；所述风机设置在所述动力段上；所述第一蜂窝板设置在所述稳流段的前端；所述加粉元件包括加粉口，所述加粉口设置在所述稳流段的顶部上；所述植物滞尘暴露系统设置在所述实验段和所述稳定段上。4.如权利要求3所述的植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，所述植物滞尘暴露系统包括第二蜂窝板；所述第二蜂窝板设置在所述稳定段的前端，将所述实验段和所述稳定段分隔开，用于平稳疏导气流，防止气流快速扩散导致所述实验段的风环境改变。5.如权利要求1所述的植物滞尘机理研究的风洞模拟装置，其特征在于，所述加粉系统还包括依次连接的气泵、气阀、进气管、加粉瓶和出气管；所述加粉元件包括扩散管；所述扩散管与所述出气管连通；所述加粉系统被设置为：所述气泵产生气流，为颗粒物添加提供动力；所述气阀控制经过所述进气管的气流量；气流随所述进气管进入所述加粉瓶，使所述加粉瓶内的颗粒物悬浮，并随气流从所述出气管进入所述扩散管；所述扩散管的底部密封，而四周布满小孔，在气压作用下，颗粒物随气流从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：车生泉，谢长坤，阚丽艳，李鑫，陈丹，于冰沁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31