一种微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法及调控系统与流程

本发明涉及金属腐蚀模拟试验，尤其涉及一种微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法，还涉及一种微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统。

背景技术：

1、人工模拟金属材料在湿热海洋大气环境下的腐蚀现象时，传统盐雾试验是常用的评价方法之一。现有的盐雾试验设备生成盐雾主要采用气压喷射法，其缺陷是：

2、⑴存在盐雾沉降率分布不均匀、盐雾液滴粒径以及分布难控制等问题，使得试验箱内不同位置试验结果存在较大差异性，试验结果重现性较差。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种简单易行、成本低、测量准确的微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法。

2、本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现：一种微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法，其特征在于包括以下步骤：

3、s1、开启盐雾试验设备；

4、s2、使用洁净的载玻片收集微纳级尺度盐雾气溶胶液滴；

5、s3、对沉降在载玻片上的微纳级尺度盐雾气溶胶液滴放大倍数拍照，获得沉降液滴分布图片若干张；

6、s4、对每张图片上的沉降液滴进行数量与直径统计，分析沉降液滴投影直径分布，即得微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布情况。

7、本发明方法简单易行，可实现低成本测量得到盐雾气溶胶液滴在非饱和湿度下的粒径分布情况，解决了目前试验箱内部盐雾气溶胶粒径分布难测的问题。

8、本发明在所述步骤s4中，使用imagej图像处理软件进行数量与直径统计，液滴投影形状为圆形，直径为di，i为第i个盐雾液滴，n为图片总液滴数量，1≤i≤n；所述步骤s4具体包括：

9、⑴使用氯化钠溶液，该氯化钠溶液与生成微纳级尺度盐雾气溶胶的氯化钠溶液的质量分数相同，测量该氯化钠溶液的液滴在洁净载玻片上形成小半球面时的液滴接触角θ，且该洁净载玻片与步骤s2中洁净载玻片为同一种；

10、⑵根据液滴接触角θ计算步骤s4统计所得液滴的体积，通过以下公式，计算盐雾液滴i在载玻片上形成的小半球面的高度hi与补全小半球面形成的球体半径ri：

11、

12、式中，小半球面在载玻片上的圆形投影半径为ri，

13、⑶通过以下公式，计算小半球面体积vi：

14、

15、⑷计算沉降前空气中悬浮的盐雾气溶胶液滴粒径di：

16、

17、

18、式中，n至少不小于200。

19、本发明的第二个目的在于提供一种微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统。

20、本发明的第二个目的通过以下的技术措施来实现：一种微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于，它包括内有氯化钠溶液的水箱、用于将氯化钠溶液雾化成微纳级尺度盐雾气溶胶的超声雾化器和用于对盐雾气溶胶进行温湿度调节的温湿箱，所述水箱具有雾化出口，所述温湿箱具有雾化进口，所述水箱的雾化出口和温湿箱的雾化进口连接，所述超声雾化器置于所述水箱中，所述超声雾化器的雾化出口连接所述水箱的雾化出口。

21、本发明使用超声雾化器通过高频振动的方法将水箱中氯化钠溶液打散为微纳级的小液滴进而形成盐雾气溶胶，该方法的特点是生成盐雾气溶胶相对湿度比较高，一般处于饱和状态，积聚在水箱上方的盐雾气溶胶因气压差的存在不断地通过雾化出口输送到温湿箱内，其间，通过控制超声雾化器振荡频率、环境温湿度和氯化钠溶液质量分数等，可以在微纳级范围内进一步调控盐雾气溶胶的粒径，使其具有较窄的微纳级粒径尺度分布范围的特点，能够提高盐雾试验中盐雾气溶胶的质量，相比于传统盐雾试验所采用的气压喷射方式，可以更真实地模拟出热带海洋大气环境中海盐气溶胶分布的特征，解决了现有的盐雾试验湿度饱和、粒径大、分布宽的难题，提高现有盐雾试验结果的稳定性以及与自然腐蚀现象的相关性。

22、本发明所述超声雾化器的震荡频率大于或等于1.7mhz；所述温湿箱内温度和水箱中氯化钠溶液温度相同；所述温湿箱内相对湿度是76%~100%。超声雾化器荡频率、氯化钠溶液的质量分数和温度等均会影响到振荡空化作用下生成的微纳级尺度液滴的粒径。因此对于微纳级的盐雾液滴，本发明超声雾化器震荡频率需至少等于1.7mhz，在水箱中雾化一定质量分数的氯化钠溶液，将雾化产生的盐雾气溶胶通入温湿箱内，整个过程中假设温度不变，调整相对湿度76%~100%，相对湿度的改变会影响盐雾液滴吸湿状态，进而影响液滴粒径。

23、本发明在室温20oc下，水箱内氯化钠溶液的密度与质量分数的关系满足以下公式：

24、

25、式中：m为质量分数，kg/kg。

26、本发明在室温20oc下，水箱内氯化钠溶液的表面张力与质量分数的关系满足以下公式：

27、

28、式中：m为质量分数，kg/kg。

29、本发明在室温20oc下，超声雾化器雾化水箱中的氯化钠溶液生成的盐雾气溶胶处于湿度饱和状态，盐雾气溶胶液滴的平均粒径a1满足以下公式：

30、

31、式中，为nacl溶液的表面张力，n/m；为氯化钠溶液的密度，kg/m3；f为超声雾化器的振动频率，hz。

32、环境相对湿度会显著的影响盐雾气溶胶液滴的粒径大小，本发明基于lewis&schwartz模型，在室温20oc下，在氯化钠饱和/潮解相对湿度内，盐雾气溶胶液滴粒径a2与相对湿度的关系满足以下公式：

33、

34、式中，a2为非饱和湿度下的盐雾气溶胶液滴平均粒径，单位um，其中；

35、当rh<76时，a3为干盐颗粒粒径，满足以下公式：

36、

37、与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：

38、⑴本发明方法简单易行，能够测量本系统调控生成的盐雾液滴粒径分布情况，克服了其他传统测量方法，如激光散射粒子计数器等相关仪器因存在计数上限导致无法测量的问题，同时成本较低廉，无需购置相应测量仪器，只需常用的光学显微镜获取液滴沉降图片，利用开源软件、几何建模即可对液滴粒径进行统计分析。

39、⑵本发明通过高频振动的方法将水箱中氯化钠溶液打散为微纳级的小液滴进而形成盐雾气溶胶，并通过控制超声雾化器振荡频率、环境温湿度和氯化钠溶液质量分数等，可以在微纳级范围内进一步调控盐雾气溶胶的粒径，使其具有较窄的微纳级粒径尺度分布范围的特点，能够提高盐雾试验中盐雾气溶胶的质量，可以更真实地模拟出热带海洋大气环境中海盐气溶胶分布的特征，解决了现有的盐雾试验湿度饱和、粒径大、分布宽的难题，提高现有盐雾试验结果的稳定性以及与自然腐蚀现象的相关性。

技术特征：

1.一种微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法，其特征在于：在所述步骤s4中，使用imagej进行数量与直径统计，液滴投影形状为圆形，直径为di，i为第i个盐雾液滴，n为图片总液滴数量，1≤i≤n；所述步骤s4具体包括：

3.一种微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：它包括内有氯化钠溶液的水箱、用于将氯化钠溶液雾化成微纳级尺度盐雾气溶胶的超声雾化器和用于对盐雾气溶胶进行温湿度调节的温湿箱，所述水箱具有雾化出口，所述温湿箱具有雾化进口，所述水箱的雾化出口和温湿箱的雾化进口连接，所述超声雾化器置于所述水箱中，所述超声雾化器的雾化出口连接所述水箱的雾化出口。

4.根据权利要求3所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：所述超声雾化器的震荡频率大于或等于1.7mhz。

5.根据权利要求4所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：所述温湿箱内温度和水箱中氯化钠溶液温度相同。

6.根据权利要求5所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：所述温湿箱内相对湿度是76%~100%。

7.根据权利要求6所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：在室温20oc下，水箱内氯化钠溶液的密度与质量分数的关系满足以下公式：

8.根据权利要求7所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：在室温20oc下，水箱内氯化钠溶液的表面张力与质量分数的关系满足以下公式：

9.根据权利要求8所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：在室温20oc下，超声雾化器雾化水箱中的氯化钠溶液生成的盐雾气溶胶处于湿度饱和状态，盐雾气溶胶液滴的平均粒径a1满足以下公式：

10.根据权利要求9所述微纳级尺度盐雾气溶胶调控系统，其特征在于：在室温20oc下，在氯化钠饱和/潮解相对湿度内，盐雾气溶胶液滴粒径a2与相对湿度的关系满足以下公式：

技术总结
本发明公开了一种微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布测量方法及调控系统，所述测量方法包括以下步骤：S1、开启盐雾试验设备；S2、使用洁净的载玻片收集微纳级尺度盐雾气溶胶液滴；S3、对沉降在载玻片上的微纳级尺度盐雾气溶胶液滴放大倍数拍照，获得沉降液滴分布图片若干张；S4、对每张图片上的沉降液滴进行数量与直径统计，分析沉降液滴投影直径分布，即得微纳级尺度盐雾气溶胶粒径分布情况。本发明方法简单易行，可实现低成本测量得到盐雾气溶胶液滴在非饱和湿度下的粒径分布情况，解决了目前试验箱内部盐雾气溶胶粒径分布难测的问题。

技术研发人员：吕天一,王受和,陈川,刘淼然,王俊,揭敢新,符永高
受保护的技术使用者：中国电器科学研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12