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在顆(ke)粒物采(cai)樣原理的實际應用中,冲擊采樣是現代顆粒(li)物采樣儀(yi)器中使用较為廣泛的原理之一,煤矿粉尘监(jian)測和大氣顆粒物监測领域的核心技術就是冲擊器的設(she)計與優化。冲擊器(qi)的工作原理如圖3所示:在氣體與(yu)顆粒兩相流条件下,氣體(ti)中的顆粒會随氣流(liu)由喷嘴喷出,根據(ju)空氣動力學原理(li)[7,8],这一過程涉及(ji)复雜的流場特性(xing)。较(jiao)小顆粒由於質量轻、受氣流作用力大,會繼續跟(gen)随氣流繞過冲(chong)擊板到達滤膜處,而较大的顆粒會因惯性力(li)的作用而冲向冲擊板並被有(you)效收集,通過測定滤膜上积累的顆粒量便可精確測得本級冲擊器的顆(ke)粒物(粉尘)浓(nong)度,為環保监(jian)測和職業衛生防護提供關键数(shu)據支撐。

在煤(mei)矿作業環(huan)境下,由於開(kai)采、破碎、運輸等多個生產(chan)環節的粉尘释(shi)放,顆粒物浓度往往较高,这對粉尘采樣监測設備(bei)的性能(neng)提出了嚴峻考驗。冲擊器作為粉尘分級(ji)采樣的(de)核心部件,其流量的大小與被切(qie)割顆粒的量存在強(qiang)相關性,因此流量(liang)參数的選擇直接影響(xiang)采樣精度。当流經冲(chong)擊器的流量過大時,將會导致(zhi)過多的被切割顆粒在短時間内聚集在冲擊(ji)板處,相對於大氣采樣環境來(lai)說(shuo),顆(ke)粒的反弹現象和顆粒被再次卷入氣流的情况會自然增加(jia),这種(zhong)顆粒的二次悬浮會嚴(yan)重影響分級效果,从而不能保證已被切割的顆粒能有效收集到冲(chong)擊板上,导(dao)致切割效率随之降低,最終(zhong)采樣的监測結果也會變得不(bu)够準確,难(nan)以真實反映現場粉尘浓度水平(ping)。因此,在煤(mei)矿等高粉尘作(zuo)業環境中,冲擊采樣器需要具備较好的顆粒收集能(neng)力,以(yi)保證该采樣器的切割效率和数據可(ke)靠性。根據有關(guan)文献(xian)報导,这類冲擊器(qi)的(de)冲擊板粉尘负载能力(即容尘量(liang))只(zhi)有1至2毫(hao)克,一旦超载則易造成呼吸性粉尘與非(fei)呼吸(xi)性粉尘的混級,从而使采樣失(shi)去(qu)實际意義,直接(jie)影響職業(ye)衛生評估的準確性。為了有(you)效解決高粉尘環境(jing)下的采樣精度問題,可(ke)以从(cong)兩個方面入手:其一是加大冲擊板的顆粒收(shou)集量,盡(jin)可能减少顆粒反弹的(de)几率,也就是改進冲(chong)擊板的(de)結構設計,可以用具有较大容积的槽状或(huo)盃(bei)状容器取代傳統的平板状冲擊板;其二則是减(jian)少采集的相對(dui)顆粒量,通過降低采樣流量來控製被切割(ge)的顆粒物总数,使顆粒不至於過多聚集在冲擊板上而造成超载。