江建平，駱仲泱，陳 浩，周 棟，沙東輝，方夢(mèng)祥，岑可法

（浙江大學(xué) 能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州310027）

我國(guó)以燃煤為主的能源消費(fèi)格局使得大氣污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，其中尤以細(xì)顆粒物的污染問(wèn)題最為突出［1-4］.細(xì)顆粒物不僅會(huì)嚴(yán)重影響全球氣候變化和大氣能見(jiàn)度，同時(shí)由于其粒徑極其微小能夠停留在人體肺部，從而引起人體呼吸道疾?。?-7］.粒徑是顆粒物的重要物理特性之一，影響著顆粒物的其他性質(zhì)，如光在顆粒表面的散射，顆粒物的脫除以及顆粒物對(duì)人體健康的危害［5-7］，光在顆粒表面的散射［8-15］以及顆粒物的脫除［11］等.因此，研究顆粒物粒徑的表征方法［10-15］，尤其是對(duì)顆粒物的控制脫除［11，16］，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)顆粒物的特性具有重要意義.

對(duì)于球形顆粒，球形直徑即顆粒粒徑；而對(duì)于燃煤飛灰等非球形顆粒，一般采用等效球形直徑的方法來(lái)表征顆粒物的粒徑［10-15，17-18］，其主要的等效表征方法有物理當(dāng)量直徑（沉降法、Stokes直徑、空氣動(dòng)力學(xué)直徑、電遷移直徑等）［11-14，17］、幾何當(dāng)量直徑（光學(xué)直徑等）［10-15，18］、篩分直徑和投影直徑（顯微鏡法）［11-12，14，18］.其中，光 學(xué) 散 射 法 和 空 氣 動(dòng) 力 學(xué) 當(dāng) 量直徑由于其顆粒特性適應(yīng)廣、測(cè)量準(zhǔn)確性高、測(cè)量速度快和在線測(cè)量等特點(diǎn)，成為近年來(lái)廣泛使用的顆粒物粒徑表征方法.光學(xué)散射法主要分為衍射法、全散射法［19］、角散射法和光子相關(guān)光譜法.全散射法主要用于測(cè)量顆粒濃度，其測(cè)量精度也受到顆粒濃度影響；角散射法主要用于微量顆粒的逐個(gè)測(cè)量；光子相關(guān)光譜法用于測(cè)量懸浮液中納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)；衍射法是通過(guò)測(cè)量激光通過(guò)顆粒分散系后的散射光強(qiáng)從而快速求得顆粒粒徑大小和分布，具有較好的重復(fù)性，引入側(cè)向和后向散射后，其粒徑測(cè)量范圍可達(dá)到0.020～2 000.000μm.空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑表征的是在空氣中和層流區(qū)的顆粒自由沉降速度相同的單位密度的圓球直徑，體現(xiàn)了顆粒物在流體中的運(yùn)動(dòng)特性，尤其是較好地反映了氣溶膠顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)特性，因此被廣泛應(yīng)用于氣溶膠顆粒物采樣［20］和煙氣顆粒物脫除等領(lǐng)域.然而，現(xiàn)有的測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有充分考慮光學(xué)散射等效直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑之間的差異性，從而造成了測(cè)試結(jié)果不能統(tǒng)一.

本文通過(guò)對(duì)比分析激光粒度分析儀和靜電低壓撞擊器對(duì)顆粒物粒徑測(cè)量的不同原理，從理論和實(shí)驗(yàn)2個(gè)層面推導(dǎo)光學(xué)散射體積等效粒徑分布和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量粒徑數(shù)目分布之間的相關(guān)性，為顆粒物粒徑的不同測(cè)試方法之間的統(tǒng)一表征提供新的思路和方法.

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1 激光衍射法粒度測(cè)量原理

激光衍射法顆粒物粒度測(cè)量是基于Fraunhofer理論和Mie理論［21-22］，根據(jù)計(jì)算機(jī)處理得到顆粒物粒徑分布的方法，其測(cè)量原理如圖1所示.激光粒度分析儀是根據(jù)圓球顆粒物的假設(shè)，利用激光所特有的聚光性、單色性和易引起衍射現(xiàn)象等性質(zhì)制造而成，主要由激光光源（波長(zhǎng)為632.8nm 的He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器）和檢測(cè)器等組成.激光器發(fā)出的單色光經(jīng)過(guò)濾波裝置后擴(kuò)束為直徑約8～10mm的平行光，照射到懸浮液中的顆粒物產(chǎn)生衍射現(xiàn)象.衍射光經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡后使得各個(gè)顆粒物散射出來(lái)的相同方向的光聚焦到焦平面上形成衍射光環(huán)，衍射散射光的強(qiáng)度分布跟被測(cè)顆粒物的粒徑和數(shù)目相關(guān).通過(guò)在焦平面上放置多元光電傳感器用于接收散射光強(qiáng)分布，然后將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)再經(jīng)放大處理后由計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顆粒物等效粒徑和粒徑分布［22-25］.

圖1 激光粒度分析儀測(cè)試原理圖Fig.1 Test schematic diagram of laser particle size analyzer

本實(shí)驗(yàn)中采用的激光粒度分析儀為英國(guó)Malvern 公 司 生 產(chǎn) 的Mastersizer 2000，采 用 功 率 為4mW的He-Ne激光器產(chǎn)生632.8nm 的紅色激光作為測(cè)量光源.針對(duì)亞微米級(jí)顆粒物采用功率為0.3mW的LED 激光器產(chǎn)生466.0nm 的藍(lán)色激光作為輔助光源以提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，其粒徑測(cè)量范圍為0.020～2 000.000μm，針對(duì)多分散系顆粒物其測(cè)量精確度和重現(xiàn)性均優(yōu)于1%.

在Mastersizer 2000 測(cè)試系統(tǒng)中，當(dāng)體積相同時(shí)，不同粒徑的顆粒物的衍射散射的光強(qiáng)相等，因此，該測(cè)試系統(tǒng)對(duì)顆粒物粒徑的表征可理解為等效體積直徑，顆粒物的粒徑分布為體積分布.等效體積直徑dV代表的是與顆粒物的實(shí)際體積相同的圓球直徑［24］，其表達(dá)式如下：

式中：Vp為顆粒物的實(shí)際體積.

1.2 空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑測(cè)量原理

空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑表征的是在空氣中，當(dāng)顆粒物的運(yùn)動(dòng)處于層流區(qū)（即雷諾數(shù)Re＜0.2），與顆粒物自由沉降速度相同的單位密度（ρp＝1g／cm3）的圓球直徑［26-28］.空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的表征方法主要是為了真實(shí)反映顆粒物在流體中的運(yùn)動(dòng)特性，一般可以通過(guò)粒徑分級(jí)采樣儀來(lái)測(cè)量顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量 直 徑［27-28］，其 測(cè) 量 原 理［17］如 圖2 所 示.氣溶膠顆粒物通過(guò)多級(jí)串聯(lián)撞擊器的噴嘴后，由于收塵基板的阻擋作用使得氣流做繞流運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，在相同密度條件下，粒徑越大的顆粒物其慣性越大，容易脫離氣流而被收塵基板所收集，粒徑較小的顆粒物容易隨氣流進(jìn)入下一級(jí)的噴嘴.在確定撞擊器入口氣流和進(jìn)出口壓力的條件下，通過(guò)改變撞擊器每一級(jí)的噴嘴直徑和收塵基板與噴嘴間距離可以收集不同粒徑段的顆粒物.

圖2 顆粒物粒徑分級(jí)采樣儀測(cè)試原理圖Fig.2 Test schematic diagram of particle size classified sampling

本實(shí)驗(yàn)中采用的顆粒物粒徑分級(jí)采樣儀為芬蘭Dekati公司生產(chǎn)的靜電低壓撞擊器（electrical lowpressure impactor，ELPI）.該儀器在撞擊器之前加裝荷電器使得顆粒物進(jìn)入撞擊器之前飽和荷電，通過(guò)測(cè)量每一級(jí)收塵基板上的感應(yīng)電流，再根據(jù)對(duì)應(yīng)的顆粒物粒徑段，可以計(jì)算得出該粒徑段顆粒物的數(shù)目濃度.因此，ELPI最后可以得出顆粒物基于空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的數(shù)目濃度［3-4，17］.其采樣入口流速為10L／min，13 級(jí)分級(jí)采樣的粒徑測(cè)量范圍為0.030～10.000μm，通過(guò)加裝拓展級(jí)，其粒徑測(cè)量范圍可以拓展為0.007～10.000μm.

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與光學(xué)散射直徑對(duì)比

根據(jù)牛頓定律可知，氣溶膠顆粒物在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)受到流體的阻力作用，其作用方向跟顆粒物的運(yùn)動(dòng)方向相反，從而阻礙顆粒物在流體中的運(yùn)動(dòng)，其流體阻力［11-13，17］為

式中：AP為顆粒物的迎流面有效截面積，ρ 為流體密度，u為相對(duì)速率，CD為阻力系數(shù)，與雷諾數(shù)的大小有關(guān).雷諾數(shù)Re是用來(lái)表征流體運(yùn)動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù)：

其中，l為流體經(jīng)過(guò)的一般特征長(zhǎng)度，μ 為流體的黏性系數(shù).當(dāng)流體的流動(dòng)處于低雷諾數(shù)層流區(qū)域時(shí)（即Re＜0.2），根據(jù)Stokes公式［11-13，17］，式（2）可簡(jiǎn)化為

式中：dD即為顆粒物的流體阻力等效直徑，其表征的是在相同黏度流體和相同運(yùn)動(dòng)速度條件下，與顆粒物具有相同流體阻力的圓球直徑.

式（4）適用于顆粒物尺寸與流體（如氣體）平均自由程相差較大的情況，而當(dāng)兩者接近時(shí)，顆粒物的運(yùn)動(dòng) 會(huì) 產(chǎn) 生 滑 移 現(xiàn) 象［11，17］，因 此 需 要 對(duì) 式（4）進(jìn)行修正：

式中：C 為坎寧漢修正系數(shù).

空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑考察的是顆粒物在自由沉降條件下的情況，而此時(shí)顆粒物主要受到流體阻力FD，重力G 和浮力FB的影響，根據(jù)牛頓定律，其平衡關(guān)系如下式所示：

式 中：g 為 重 力 加 速 度，ρP 為 顆 粒 物 表 觀 密 度［28］，dP為顆粒物粒徑.

當(dāng)流體的流動(dòng)處于低雷諾數(shù)層流區(qū)域時(shí)（即Re＜0.2）［11-13，17］，通過(guò)式（5）和（6）可以求得顆粒物在自由沉降條件下的等效直徑，即Stokes直徑dSto：

由式（6）可知，顆粒物在自由沉降時(shí)主要是依托流體阻力FD、重力G 和浮力FB的平衡，而流體阻力FD可以表征為顆粒物的流體阻力等效直徑，同時(shí)重力G 和浮力FB都跟顆粒物的體積相關(guān).因此，顆粒物的Stokes直徑dSto可以根據(jù)顆粒物的流體阻力等效直徑dD和體積等效直徑dV做進(jìn)一步簡(jiǎn)化［11-13，17］：

顆粒物的自由沉降末端速度uSto為

根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的定義，其當(dāng)量直徑da可由式（9）獲得：

式中：等效圓球密度為單位密度條件，也即ρ＝1 000 kg／m3.為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光學(xué)散射直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的統(tǒng)一，首先引入顆粒物外表面積等效直徑和顯微鏡法投影面積等效直徑［11-15］：

式中：dS為與顆粒物外表面積相等的圓球直徑，S為顆粒物的外表面積；dA為與顆粒物穩(wěn)定位置投影面積相等的圓球直徑，AP為顆粒物的穩(wěn)定位置投影面積，也即顆粒物的迎流面有效截面積.

實(shí)際顆粒物極少可能是圓球形，因此，針對(duì)顆粒物的體積和表面積的表述需要引入形狀系數(shù)進(jìn)行修正.形狀修正系數(shù)的定義有多種（包括圓球度、基于投影面積修正和基于投影尺寸修正等），其中基于顆粒物的投影面積等效直徑dA的形狀修正系數(shù)應(yīng)用較為廣泛，其形狀修正系數(shù)分別定義為體積形狀系數(shù)ψV、表面積形狀系數(shù)ψS 和表面積比體積形狀系數(shù)：

ψV、ψS 和ψSV的測(cè)量非常復(fù)雜、困難，針對(duì)不同的顆粒物種類(lèi)和形態(tài)，可以采用不同的標(biāo)定方法，包括顯微鏡法、計(jì)數(shù)法、質(zhì)量法、透氣法、光衰減法等［11-13］.實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)常見(jiàn)的顆粒物種類(lèi)和形態(tài)，可以通過(guò)近似方法［11］進(jìn)行計(jì)算，也可以通過(guò)查找數(shù)據(jù)表格獲取相關(guān)的推薦數(shù)值［11-15］.

已有的研究表明，在流體的流動(dòng)處于低雷諾數(shù)層流區(qū)域時(shí)（即Re＜0.2），當(dāng)顆粒物的形狀特征主要表現(xiàn)為外凸近似球形時(shí)，其流體阻力等效直徑dD與顆粒物表面積等效直徑dS大小相等［11-13］.由式（8）、（13）、（14）和（15）可 以 進(jìn) 一 步 簡(jiǎn) 化 顆 粒 物Stokes直徑dSto：

由式（7）和（10）可以得到顆粒物的Stokes直徑dSto和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后根據(jù)式（16）可獲得外凸近似球形顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da與其體積等效直徑dV之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

由式（17）可知，da與dV之間的區(qū)別一方面跟顆粒物和流體的密度相關(guān)［26-28］，該部分主要影響顆粒物在流體中的運(yùn)動(dòng)特性，另一方面也跟顆粒物的形狀系數(shù)（也即顆粒物的形態(tài)）相關(guān)［27-28］，該部分不僅影響顆粒物在流體中的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也影響著顆粒物對(duì)光的散射.由式（17）還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顆粒物為標(biāo)準(zhǔn)的圓球體時(shí)，da與dV之間并不完全相等（見(jiàn)式（18）），還受到顆粒物和流體密度的影響，這主要是因?yàn)榭諝鈩?dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑中存在單位密度圓球直徑的等效條件：

一般顆粒物的表觀密度均大于單位密度［11-13，27-28］，因此，由式（18）可以發(fā)現(xiàn)，da大于其真實(shí)直徑.

由式（1）、（17）和（18）可知，對(duì)于外形和尺寸大小完全相同的2種顆粒物，當(dāng)兩者的密度不同時(shí)，其體積等效直徑不會(huì)改變，而空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑卻會(huì)出現(xiàn)明顯區(qū)別.這充分說(shuō)明空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑并不是單純反映顆粒物形態(tài)和大小等幾何特性的粒徑表征方法，其注重的是顆粒物在流體中的空氣動(dòng)力學(xué)特性的表征.

2.2 顆粒物粒徑分布測(cè)量

在式（17）的推導(dǎo)中有外凸近似球形顆粒物的假設(shè)條件，為了驗(yàn)證該假設(shè)條件，實(shí)驗(yàn)中利用掃描電鏡對(duì)采樣自某燃煤電廠靜電除塵器第四電場(chǎng)灰斗并經(jīng)過(guò)球磨機(jī)研磨的飛灰顆粒物進(jìn)行形貌分析，結(jié)果如圖3所示.由圖3可知，飛灰顆粒物呈現(xiàn)大小顆粒物混雜的多分散系特征.從圖3（a）中可以發(fā)現(xiàn)，顆粒物的形態(tài)大部分都近似圓球形，這一特征在圖3（b）中表現(xiàn)得更為明顯.同時(shí)，絕大部分顆粒物呈現(xiàn)外凸球形態(tài)，即顆粒物近似球形且表面沒(méi)有明顯的凹陷和裂縫，這與之前理論推導(dǎo)中的外凸近似球形顆粒物的假設(shè)相一致.

圖3 飛灰顆粒掃描電鏡觀測(cè)圖Fig.3 SEM micrograph of fly ash particles

經(jīng)過(guò)測(cè)算，實(shí)驗(yàn)中使用的飛灰顆粒物的表觀密度為1 500.0kg／m3［27-28］，其真實(shí)密度為2 000.0 kg／m3［4］，實(shí)驗(yàn)中常溫常壓條件下氣體密度為1.184 kg／m3.針對(duì)ELPI的粒徑測(cè)量范圍0.030～10.000 μm，通過(guò)查找已有的實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)獲取球形體飛灰顆粒的形狀系數(shù)數(shù)據(jù)：ψV≈2.09，ψSV≈9［11-13］.根據(jù)式（17）可以將ELPI測(cè)試中的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的光學(xué)散射體積等效直徑dV，如表1所示.

表1 空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與光學(xué)散射體積等效直徑轉(zhuǎn)換關(guān)系Tab.1 Transfom relation between aerodynamic equivalent diameter and optical scattering equivalent volume diameter μm

從表1可以看出，ELPI測(cè)試的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da略大于光學(xué)散射體積等效直徑dV，同時(shí)其相差的絕對(duì)值隨著顆粒物粒徑的增大而增大，而變化的幅度則隨顆粒物的粒徑增大而減小.

實(shí)驗(yàn)中，利用Mastersizer 2000 激光粒度分析儀，將顆粒物通過(guò)超聲波震蕩分散于干凈的水體中獲得穩(wěn)定的顆粒物分散體系，然后通過(guò)濕法進(jìn)樣測(cè)試飛灰顆粒物的粒徑分布.實(shí)驗(yàn)中對(duì)飛灰進(jìn)行3次取樣，以保證取樣具有代表性和測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性（即相對(duì)誤差控制在1%以內(nèi)），將測(cè)試結(jié)果取平均值，結(jié)果如圖4所示.

圖4 Mastersizer 2000激光粒度分析儀測(cè)試得到的飛灰粒徑分布圖Fig.4 Fly ash particle size distribution measured by laser particle size analyzer Mastersizer 2000

由圖4可知，激光粒度分析儀測(cè)試的飛灰顆粒物粒徑分布體現(xiàn)的是顆粒物體積分布，即顆粒物的體積占比σ，這主要是因?yàn)榧す饬６确治鰞x在測(cè)試過(guò)程中設(shè)置成相同體積的顆粒物具有相同的散射激光光強(qiáng)［15，21-25］.從圖4中還可以看出，飛灰顆粒物的中值粒徑（即體積占比達(dá)到50%對(duì)應(yīng)的粒徑）為27.95 μm，同時(shí)飛灰顆粒物中細(xì)微顆粒物占比較少，其中PM10的體積占總體積的比例達(dá)到23.64%，而PM2.5的占比達(dá)到6.88%.這主要是因?yàn)轱w灰的取樣來(lái)源于燃煤電廠靜電除塵器末級(jí)電場(chǎng)的灰斗，由于靜電除塵器對(duì)細(xì)顆粒物的脫除效果較差［3-4］，從而造成了飛灰樣品中的大顆粒物占比較多.

在激光粒度分析儀測(cè)試的基礎(chǔ)上，利用螺旋振動(dòng)給料機(jī)、文丘里管和風(fēng)機(jī)等裝置將飛灰充分揚(yáng)塵并在緩沖罐中發(fā)散形成飛灰氣溶膠，通過(guò)等速采樣噴嘴和64倍稀釋器等裝置將飛灰氣溶膠采樣通入ELPI進(jìn)行測(cè)量.在ELPI內(nèi)部先利用荷電器對(duì)顆粒物進(jìn)行飽和荷電，再進(jìn)入撞擊器進(jìn)行粒徑分級(jí)采樣測(cè)試，通過(guò)測(cè)量每一級(jí)撞擊器的感應(yīng)電流就能反算出顆粒物的數(shù)目濃度NP.實(shí)驗(yàn)中對(duì)飛灰氣溶膠進(jìn)行3次取樣，以保證取樣的代表性和測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性（即相對(duì)誤差控制在1%以內(nèi)），將測(cè)試結(jié)果取平均值，結(jié)果如圖5所示.其中，da即為每一級(jí)撞擊器所對(duì)應(yīng)的2 個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)切割粒徑的幾何平均值［17，26-28］.

圖5 靜電低壓撞擊器測(cè)試飛灰粒徑分布圖Fig.5 Fly ash particle size distribution measured by electrical low pressure impactor（ELPI）

由圖5可知，飛灰顆粒物中以數(shù)目濃度計(jì)算，細(xì)微顆粒物占據(jù)了絕大部分，其中PM2.5的顆粒物數(shù)目濃度占據(jù)PM10顆粒物數(shù)目濃度的95%左右.對(duì)比圖4和5可以發(fā)現(xiàn)，顆粒物的體積和質(zhì)量主要集中在大粒徑段的顆粒物.以PM10為例進(jìn)行計(jì)算，則數(shù)目濃度占比達(dá)到95%左右的PM2.5顆粒物，其體積和質(zhì)量占比均不到30%.

根據(jù)式（17）和表1，da和dV之間可以相互轉(zhuǎn)換，因此，將圖5轉(zhuǎn)換為顆粒物的體積分布，將圖4中PM10的顆粒物體積等效直徑轉(zhuǎn)換為空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的體積分布，然后將兩者進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖6所示.

圖6 靜電低壓撞擊器和激光粒度分析儀測(cè)試得到的飛灰粒徑分布對(duì)比圖Fig.6 Comparison of faly ash particle size distribution measured by ELPI and Mastersizer 2000

由圖6可知，當(dāng)da＞1.0μm 時(shí)，ELPI測(cè)得的顆粒物粒徑體積分布與Mastersizer 2000測(cè)得的結(jié)果具有較好的吻合度，其相對(duì)誤差低于3%，這充分說(shuō)明了da和dV之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系適用于飛灰顆粒物的測(cè)量.當(dāng)顆粒物的粒徑小于1μm 時(shí)，隨著顆粒物粒徑的減小，ELPI測(cè)得的顆粒物粒徑體積分布與Mastersizer 2000測(cè)得的結(jié)果之間的相對(duì)誤差越來(lái)越大.這主要是因?yàn)獒槍?duì)小于1.0μm 的顆粒物，ELPI中共劃分了9 個(gè)粒徑段，且粒徑主要集中在0.3μm 以下；而激光粒度分析儀對(duì)粒徑特別小的顆粒物的測(cè)試敏感度不夠高（Mastersizer 2000中采用466nm 藍(lán)色 激 光 進(jìn) 行 輔 助 測(cè) 量）［15，21-25］，導(dǎo) 致 對(duì) 顆粒物體積分布的測(cè)試結(jié)果只反映了粒徑在0.3μm以上的結(jié)果.

同時(shí)，當(dāng)da＞1.0μm 時(shí)，ELPI測(cè)得的顆粒物粒徑體積分布略大于Mastersizer 2000 測(cè)得的結(jié)果.這一方面是因?yàn)樵贓LPI的測(cè)試過(guò)程中飛灰氣溶膠在通過(guò)撞擊器時(shí)是按照粒徑由大到小被依次分級(jí)采樣，由于小粒徑顆粒物在撞擊器內(nèi)壁上的沉積作用［17］，導(dǎo)致通過(guò)感應(yīng)電流反算得到的較大粒徑段對(duì)應(yīng)的撞擊器所收集的顆粒物數(shù)目明顯偏多.另一方面也因?yàn)樵跉馊苣z的揚(yáng)塵發(fā)散過(guò)程中由于發(fā)散不完全（如：缺乏類(lèi)似Mastersizer 2000中的超聲波震蕩裝置等），導(dǎo)致小粒徑段顆粒物在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中凝并成為較大粒徑的顆粒物，同時(shí)顆粒物通過(guò)ELPI的荷電器作用之后也可能產(chǎn)生凝并現(xiàn)象［17］，從而使得較大粒徑段的顆粒物數(shù)目偏多，最終導(dǎo)致較大粒徑段的顆粒物體積分布占比偏多.

3 結(jié) 論

（1）顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑略大于其光學(xué)散射體積等效直徑.

（2）對(duì)于外凸近似球形顆粒物（如：燃煤飛灰顆粒物），其空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑和光學(xué)散射體積等效直徑之間可以相互轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換關(guān)系不僅受顆粒物和流體密度的影響，同時(shí)也受顆粒物的形狀特征的影響.

（3）ELPI測(cè)得的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑顆粒物數(shù)目分布和Mastersizer 2000測(cè)得的顆粒物粒徑體積分布可以通過(guò)粒徑關(guān)系進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換.當(dāng)顆粒物的粒徑大于1μm 時(shí)，兩者具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且相對(duì)誤差低于3%.

以上針對(duì)顆粒物粒徑表征方法的理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論為不同的顆粒物粒徑測(cè)試方法之間的統(tǒng)一表征提供了新的思路和方法.

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