轮胎直径的测量方法-如何算轮胎直径
«——【·前言·】——»
本研究的目的是研究铁路隧道环境中气溶胶粒子有效密度的测量。在比较和校准不同的气溶胶测量值时，有效密度可以作为一个参数，它也可以用作反映粒子来源的代理参数。
方法一通过质量浓度与表观体积尺寸分布的比率来定义它，方法二依赖于空气动力学和流动性直径尺寸分布测量的比较，方法一的空气动力学尺寸范围是0.006-10微米，方法二是10-660纳米。
使用第一种方法，日平均值约为1.87克/厘米3在使用锥形元件振荡微量天平与空气动力学粒度分析仪+扫描迁移率粒度分析仪的串联测量中观察到，为1.2克/厘米3对于TEOM与电动低压撞击器plus 的组合，在有交通流量的情况下。
采用方法二，有效密度为1.45克/厘米3用ELPI +和快速迁移率粒度分析仪进行粒度分布测量，估算值为1.35克/厘米3从ELPI +与SMPS一前一后。当没有交通运行时，小尺寸颗粒的比例对有效密度值有显著影响。还比较了不同仪器对铁路颗粒物测量的响应。
«——【·介绍·】——»
由于地下铁路是世界上大多数大都市地区越来越多的人的主要公共交通选择之一，地下隧道中的空气质量非常受关注。颗粒物是影响隧道环境室内空气质量的主要因素之一，据报道，隧道中的火车站比地面上的火车站颗粒浓度更高。
铁路颗粒通常被表征为包含宽尺寸范围的金属元素，已经调查了长期暴露于铁路颗粒对健康的潜在有害影响。为了正确评估铁路颗粒对人类健康的影响以及它们的浓度、尺寸分布、化学成分和形态，需要对它们的有效密度进行表征。
有效密度，也称为表观密度，是一个反映颗粒物理化学性质的量。在文献中可以找到有效密度的各种定义，导致给定颗粒或给定颗粒群的不同值，一个常用的定义是假设一个球形粒子的质量与表观体积之比。
在这种情况下，颗粒的有效密度与它们与周围环境的相互作用以及它们在人体呼吸道中的沉积有关。或者，有效密度可以通过比较空气动力学直径和流动性直径的尺寸分布来估算，空气动力学直径被定义为单位密度的球形颗粒的直径具有与实际粒子相同的沉降速度。
迁移率当量直径被定义为与所讨论的不规则颗粒具有相同电迁移率和相同堆积密度的球形颗粒的直径。在第二个定义中，有效密度将这两种直径联系起来。对于大多数商用气溶胶仪器，报告的质量浓度是使用有效密度从测量的数量浓度转换而来的。
通常，为了简单起见，或者为了粒子数和质量浓度之间的转换，或者为了估计呼吸系统中的粒子沉积，假设单位密度。这些假设可能会导致错误的结论，除了具有给定成分和材料密度的特定颗粒的研究，有效密度也被用来描述具有不同成分的不同类型的气溶胶粒子。
例如，使用APS-SMPS表征木材燃烧粒子;使用ELPI-SMPS对柴油机废气进行了研究，并用DMA-CPMA测定尺寸分辨有效密度，用ELPI-FMPS公司研究了汽车制动材料产生的磨粒，环境空气颗粒物的测量采用MOUDI使用DMA-APM，以及DMA-UFATOFMS。
这些使用不同方法的研究报告了不同气溶胶的不同值，但共同的因素是有效密度与颗粒来源和形态有关。在铁路隧道环境中，悬浮微粒是来自室外的微粒、来自列车部件的机械磨损微粒、再悬浮尘埃和乘客引起的微粒的复杂混合物。
因此，铁路颗粒的特性可能不同于其他类型的气溶胶。迄今为止，还没有关于铁路隧道中气溶胶有效密度的公开数据。当评估质量浓度需要此类信息时，假定或简单估计为4-5克/厘米3。当研究地铁颗粒在人体呼吸道中的沉积时，密度为2-3克/厘米3基于对气溶胶化学成分的估计。
在本研究中，使用两种不同的方法评估了铁路隧道中测量的颗粒的有效密度。方法一由质量浓度与表观体积尺寸分布的比率定义；方法二是基于空气动力学和流动性直径尺寸分布测量的比较。
«——【·方法学·】——»
有效密度的通用定义单个粒子的质量是粒子质量和表观体积之比，假设是球形粒子。我们没有测量单个粒子，而是像其他作者所做的那样，通过同时测量质量浓度和数量浓度来测量粒子群。
使用配备有PM10入口的锥形元件振荡微量天平，每1分钟测定一次PM10水平。样品流速设定为3升/分钟。TEOM是一种基于重力的直接测量颗粒质量浓度的方法。它配备了一个过滤器动态测量系统，以减少质量损失，如果粒子是由挥发性成分组成。
根据制造商的说法，最低检测限为5 g/m3。对于PM10测量，美国环境保护局已批准TEOM的精确度为±10%。根据瑞典测量系统标准，TEOM是可靠的，TEOM的不同部分提供稳定的性能，彼此之间只有百分之几的偏差。
使用空气动力学和迁移率仪器测量颗粒数尺寸分布。空气动力学测量是用电低压撞击器和空气动力学粒度仪进行的。同时，用快速迁移率粒度分析仪和扫描迁移率粒度分析仪进行迁移率测量。
ELPI +可测量空气动力学直径在6 nm到10 m之间的颗粒的实时数量浓度和尺寸分布。因此，在使用TEOM的串联测量中，可以估计6nm-10m尺寸范围内的有效密度，首先将测量的颗粒在电晕充电器中充电，充电取决于颗粒的迁移率直径。
然后根据空气动力学直径将带电粒子分为14个撞击级，然后在这些撞击级收集起来进行化学分析。带电粒子在每个阶段所携带的电流可以用多通道静电计来测量。最后，从测量的电流计算粒子数浓度和尺寸分布。
为了防止颗粒反弹和脱落，在冲击器测量之前，所有过滤器基底都涂有DS-515润滑脂喷雾。取样流速设置为10升/分钟，时间分辨率为1分钟。与ELPI+不同，APS对单个颗粒进行计数，并根据两个激光束之间的传输时间对颗粒大小进行分类。
由于惯性，空气动力学直径较小的粒子比较大的粒子加速更快，因此飞行时间较短。APS能够在多达48个通道中测量0.523至14.86 m的宽空气动力学直径范围内的颗粒，APS与迁移率仪的组合通常也用于覆盖0.5 m以下的超细颗粒。
静态测量在阿兰达中央站进行，作为瑞典运输管理局支持的测量活动的一部分，阿兰达C是1999年竣工的火车站，位于瑞典斯德哥尔摩阿兰达机场正下方。该平台位于大约5000米长的宽隧道内。测试仪器放置在平台的末端，以减少乘客的影响。
隧道天花板高于平台水平面约7.5米，平台长约354米，宽约11米，高出轨道0.5-1米。它分隔了南北列车每天运行的两条铁轨。通过这条隧道的交通是不同类型的电动火车的混合。它们都由电力弓网系统供电。
大多数列车使用的制动系统是盘式制动器与电力制动相结合。通常情况下，盘式制动器是车速为30公里/小时或更低时的主要制动系统。注意，仍然有一些类型机车列车组不使用电力制动，而是结合盘式制动器和块式制动器。
机车上的主制动器是盘式制动器，但块制动器也可用于阻力制动，在低附着力期间施加小的恒定负载来清洁和粗糙化车轮，或在下坡时控制列车速度。
«——【·讨论·】——»
有效密度反映了颗粒的组成及其形状因子，因此，它受到影响这些方面中至少一个方面的过程的影响。由于不同的来源，铁路系统中的PM在化学成分方面与周围的气溶胶或柴油机排放的烟尘有很大的不同。
铁路气溶胶的排放源主要包括金属部件的机械磨损过程、空气交换或风力作用产生的室外颗粒物以及列车和乘客移动产生的再悬浮粉尘。由于金属部件磨损的重要贡献，铁路气溶胶通常的特征是富含用于生产铁轨、车轮、制动器和电力供应系统的金属。
就铁路气溶胶的形状或结构而言，据报道，在列车部件的磨损过程中出现了大致球形、片状、针状和卷曲的裂纹片状颗粒。在磨损颗粒中通常观察到团聚的形式。颗粒的不同化学成分和结构会导致有效密度的变化。考虑这些参数对有效密度的影响是有益的。
关于铁路颗粒有效密度的研究，目前还没有公开发表的文献。然而，有效密度已被广泛用于单个颗粒、柴油废气颗粒、城市大气和燃烧烟尘，柴油排放的特点是元素碳和有机碳浓度高，有效密度低。
相似水平已经被显示用于木材燃料的燃烧烟灰，其包含高浓度的有机气溶胶和耐火黑碳。在交通拥挤的城市环境中，低有效密度被报道在颗粒中具有高有机物含量。
除了化学成分之外，颗粒大小和形状也对有效密度值起着重要作用。例如，不同结构的氯化钠颗粒具有不同的有效密度。对于团聚颗粒，有效密度的降低通常是作为迁移率直径大小的函数获得的。
另一项关于汽车制动材料中磨损颗粒有效密度的研究表明，其值为0.75±0.2克/厘米3。通过随后对横截面图像的分析，发现这种低有效密度对形状因子的依赖性比孔隙度因子更强。由于有效密度与颗粒来源、形态和测定方法有关。
因此在比较不同研究中的数值时会出现困难。据我们所知，在其他地方没有进行过类似的研究来调查铁路隧道环境中颗粒的有效密度。相反，大多数文献关注的是城市环境和柴油排放。当将我们的结果与使用相同测量系统的研究结果进行比较时。
发现铁路颗粒物的有效密度高于城市环境的测量值，甚至高于柴油机废气的测量值。据发现，城市大气确定。而日平均值为1.87±0.22克/厘米3是在我们的研究中用同样的仪器完成的。通过比较ELPI和SMPS的方法，发现北方森林环境中的气溶胶平均密度为1.0克/厘米3。
据估计，柴油废气颗粒的密度为1.1-1.2克/厘米3与1.35克/厘米相比3对于我们研究的铁路颗粒中以无机金属为特征的颗粒。不同的化学成分可能是不同气溶胶有效密度值不同的原因。
«——【·结论·】——»
用两种不同的方法研究了地铁隧道内气溶胶粒子的有效密度，方法一是基于测量质量浓度和数量尺寸分布测量，而方法二是基于比较同时进行的空气动力学和机动性测量，不同的方法得到不同的结果。
当使用相同的算法但不同的仪器组合时，由于它们在工作尺寸范围方面的不同性能，甚至会出现偏差。一个相对稳定的值是在交通运行期间获得的，而该值剧烈波动没车的时候。此外，还就仪器的性能对采用不同技术测量铁路颗粒进行了比较。
«——【·参考文献·】——»
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卡特尼，《环境源对布拉格地铁系统空间和列车中微粒污染的影响》，2006年。
卡斯凯塔，《意大利地铁系统的地下和地面颗粒物浓度》，2015年。
