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发布时间：2020-04-06 16:24所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要:本装置采用完全敞开式结构，向人的面部送气。送气机运转，使得送气机下部形成负压，空气通过过滤装置进入杯状座体型腔，杯体上方的饱和水蒸气在杯体上方的空腔内与洁净空气混合，混合气经喷缝吹向人的面部，在面部产生洁净空气层，排开雾霾空气。 关键
摘要:本装置采用完全敞开式结构，向人的面部送气。送气机运转，使得送气机下部形成负压，空气通过过滤装置进入杯状座体型腔，杯体上方的饱和水蒸气在杯体上方的空腔内与洁净空气混合，混合气经喷缝吹向人的面部，在面部产生洁净空气层，排开雾霾空气。
关键词:防雾霾;湿润空气;洁净空气层
近年来，“雾霾”已成为中国人日常生活的关键词。全国多地监测数据显示PM2.5远超安全值，城市的空气质量达到了严重污染的程度，且伤害人体的呼吸系统，心血管系统等。随着雾霾的不断加剧，口罩性能不断升级，雾霾口罩的结构也不断变化，有的已经接近防毒面罩。常见的口罩是将活性炭加入口罩夹层，但这种口罩会阻碍空气的流动，使呼吸变得困难，且对于戴眼镜的人群极为不便[1]。针对这一现象，我们设计了杯状湿润空气护面式防雾霾装置。本装置可以使人呼吸到洁净而又湿润的空气，有利于患有呼吸道疾病的人改善呼吸[2]。
1杯状湿润空气护面式防雾霾装置技术设计
1.1装置工作原理
本装置采用完全敞开式结构，向人的面部送气。送气机运转，使得送气机下部形成负压，空气通过过滤装置进入杯状座体型腔，杯体上方的饱和水蒸气在杯体上方的空腔内与洁净空气混合，混合气经喷缝吹向人的面部，在面部产生洁净空气层，排开雾霾空气。
1.2装置构成
本装置由送气部分，气室，过滤部分三部分组成，各部分之间通过栅格形成流通气道。送气部分由送气风扇和送气盖上的栅格组成。送气风扇将洁净湿润空气经栅格吹到面部，同时在风扇下部形成负压，抽吸空气进入杯状座体中。风扇功率要适当，过大会使送气量增大，人的鼻腔和眼睛难以承受;风扇功率过小不足以在面部形成洁净的护面层，本设计选定功率为1W的风扇;半球面送气盖的栅格喷缝是扇形结构，设计送气盖喷缝时，初期采用了全敞开式结构，发现风量过大，进而设计成锥口喷嘴形多孔结构，但是损失空气量，不能形成环绕面部的空气层，最终便采用扇形环状喷缝，使得喷出的空气在人的面部形成洁净湿润空气层，将平面优化成外倾角为3°的适宜面部的半球形结构[3]。
本装置悬挂人体脖颈，送气缝位于人体面部下颚的5～15mm处，送气缝气流速度是0.15～1.4m/s，流量是0.09～0.9m3/s，侧面的供电部分可调节空气流速。过滤器底座、过滤器盖和杯体托盘的栅格镂空总面积(6.21+14.62+23.01+31.39+39.77)×6=115×6=690mm2与送气盖的送气缝缝隙总面积642.3mm2几乎相同，保证送气量。在送气盖两侧有可挂钩绳子的凸耳，当人佩戴装置时，送气缝正对人的面部。本装置整体材料为达到安全标准的医用级别材料。
气室中，装有水的杯体上盖有栅格盖，栅格的大小根据所需水气的蒸发量确定;杯体的深度根据实验确定，保证人所需要的使用时间，水量过多会使送气器抽出较多水分，形成使人不适的水雾;杯体外侧的刻度线给出水量限制，可防止因人体走动引起杯体振动而使水溅出。杯体盖上侧的的空气与水蒸气在杯体上方0～20mm空间处形成洁净湿润的混合气，并经发送部分输送。对于空气潮湿的南方，杯体内可用自选的芳香物料代替水[4]。过滤部分中，过滤器底座和过滤器盖之间有活性炭与纸垫，用于过滤空气;过滤器底座和过滤器盖栅格镂空，保证所需空气量[5]。
2防雾霾实验及效果分析
2.1防雾霾实验过程及效果分析
实验小组进行防雾霾实验及效果分析，在空气质量为轻度污染，PM10为243mg/mm3，PM2.5为239mg/mm3的环境中，最小空气过流断面610mm2。试验实测不同过滤层时，距离喷缝距离不同处，清新空气的流速、PM10、PM2.5的值，及其空气湿度和温度。实测共六份数据表，我们摘要出三份数据，同时绘制出一张纸两层活性炭试验数据直方图。从试验数据看，滤纸和活性炭的过滤效果是明显的，喷缝出处口流速最高，气流质量最佳，温度没有变化。随着离喷缝距离的增大，流速减低，气流质量也随之减低，达到200mm时，也就是几乎到眼睛的部位，气流状况接近背景即大气的状况。
过滤纸与活性炭层数不变的情况下，当距喷缝的距离不断变大时，空气流速不断变小，PM10值、PM2.5值不断变大，湿度值变化不明显;因为送气风扇功率一定，空气量一定，空气流速会随距喷缝的距离不断增大而减小，同时因流速不断变小，洁净湿润空气排开外来雾霾空气能力不断减弱，致使喷向人面部的空气PM10值、PM2.5值不断增大。
过滤纸从一张增加到两张，活性炭层数从无增加到四层的过程中，当距喷缝的距离不变时，流速值不断减小，流速最大值、流速中位数值等都在不断减小;PM10值、PM2.5值，先变小后变大，湿度值基本无明显变化;因为过滤纸、活性炭不仅对空气有过滤净化作用，当过滤纸、活性炭层数增加时，其对空气的阻挡作用也会不断增加，致使进气量不断较小，送气量不断减小，在功率不变的情况下，空气流速因此会不断变小，同时送气量的减小及流速降低会使洁净湿润空气排开外来雾霾空气能力不断减弱，致使喷向人面部的空气PM10值、PM2.5值不断增大[6]。
为综合对比过滤层对气流的影响，将数据综合做出了:流速和PM10、PM2.5对照折线。在过滤纸张数、活性炭层数不断增加的情况下，空气流速随距喷缝的距离的增加而不断降低，PM10值、PM2.5值随距喷缝的距离增加不断增加[8]。说明过滤纸和活性炭对空气都有很好的过滤作用，在空气已经过滤干净的情况下，过多的过滤纸和活性炭，不仅不能起到过滤空气的作用，反而会阻碍空气的流动。送气量由气流速度决定，气流速度由送气机的功率决定，显然流速越大，带到面部的洁净空气量越大，空气越清新，但是由于雾霾多发生在冬季，洁净气流在吹到面部，吹走含霾空气的同时，也会让人有风感，造成体感温度的降低，所以本设计希望有微风徐徐吹来的感觉[9]。
显然本装置的过滤效果明显，喷缝处空气质量最佳，随着离喷缝距离的增大，空气质量逐步下降，到20cm以后，基本接近大气空气质量，一张过滤纸，二到三层活性炭空气质量已经足够好了，更多的活性炭和过滤纸会阻碍空气的流动，反而降低过滤空气的效果。
2.2防雾霾实验过程及效果分析结论
综合流速和空气质量，一张过滤纸和二到三层的活性炭能使装置在出口10cm左右产生最好的空气量和空气速度，而10cm左右恰好是气流到口、鼻的距离。同时送气盖喷缝的护面外倾角为3°，混合气恰好可以送至人面部并形成环状洁净湿润空气层，为人提供洁净湿润的空气。
3结论
(1)基于活性炭、过滤纸可净化雾霾原理，采用颠覆性结构设计实现了在人面部形成环状洁净湿润空气层功能，一般口罩会阻碍空气的流动，且对于戴眼镜人群极不便，杯状湿润空气护面式防雾霾装置方便佩戴，完全决解这类问题。
(2)杯状湿润空气护面式防雾霾装置在干燥的北方可提供湿润空气，在南方可提供芳香空气，大大提高使用范围。
(3)通过防雾霾实验过程及效果分析，结果显示一张过滤纸和二到三层的活性炭能使装置在出口10cm左右产生最好的空气量和空气速度，而10cm左右恰好是气流到口、鼻的距离，同时这个距离可使PM10值、PM2.5值达到预期理想的效果。证明了该装置在净化雾霾空气功能上的可行性与高效性。
参考文献:
[1]张伟，刘波，杨炳耀，等.静电除尘式防雾霾纱窗除尘试验及效率分析[J].西安工业大学学报，2016，36(6):456-460.
[2]温源，吴先哲，石广琛，等.可调式多层吸附随身呼吸系统设计[J].科技与企业，2014(11):361-361.
[3]夏俊涛，林育锦，毕小林，等.一种新型防雾霾口罩设计与研究[J].中国个体防护装备，2016(4):5-7.
[4]郑元昊.论口罩防雾霾的效果[J].科技尚品，2017(2):250-250.
[5]马小莹.应对雾霾选对口罩[J].江苏卫生保健:今日保健，2014(5):8-8.
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《杯状湿润空气护面式防雾霾装置及效果分析》