生物气溶胶超细雾化喷嘴结构设计及仿真分析

张榛 虞育松 杨文慧 陈君 汪旭东 刘玉杰 赵银龙

(1.北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京 100044；2北京控制工程研究所，北京 100190； 3.中国人民解放军军事医学科学院 微生物流行病研究所，北京 100071；4.北京慧荣和科技有限公司，北京 101102)

复杂生物危害现场病原体侦检是当前的一个科学热点。病原体的快速识别和侦检可以切实提升国家的生物安全防御水平。目前，急需具备细菌、病毒、芽孢、毒素等主要类别的生物安全相关重要病原体样品的制备能力，对多样化的生物样品开展多模态光谱学分析，进一步形成原代激光荧光光谱和击穿光谱数据库，进行针对性的危害生物杀灭方法研究。

生物样品的制备过程(如图1所示)可以分为两个关键步骤：1)通过雾化喷嘴把液体生物样品雾化成细小液滴，再通过超低温环境把雾滴速冻形成细微冻结颗粒；2)通过升华原理对冻结颗粒进行真空冷冻干燥，最终获得干燥的细颗粒物成品[1- 5]。这其中的雾化过程是决定生物样品制备效果的关键环节。液体雾化是指在外加能量作用下，在气体环境中将液体变成液雾或小液滴的过程。为了制备符合要求的病原体等生物样品，需要将生物样品的空气动力学直径，即空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度的圆球直径，控制在 3～5 μm。颗粒物的空气动力学直径不同，其在呼吸道的分布位置也会不同，3～5 μm直径的可吸入颗粒物主要沉积在咽喉、气管等上呼吸系统中，是病原体侦检的重点对象[6- 7]。……