【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳氢燃料燃烧产生的宏观碳烟颗粒物以及微观碳烟前驱物的同时采集，具体涉及一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统及方法。
技术介绍
1、在能源利用的道路上，内燃机技术日新月异，对国家战略布置和社会经济发展起到了关键性作用，碳氢燃料一直作为内燃机动力的来源，见证了人类科技文明发展。然而在内燃机燃烧过程中，会不可避免地产生一些有害物质，包括co、hc、nox 等有害气体和细微颗粒，hc中含有200多种碳氢化合物，其中的多环芳烃（pahs）有很强的致癌性。世界卫生组织公布的调查研究表明，空气中微小颗粒物含量与居民患有呼吸系统疾病和心脏病比例密切相关。
2、目前许多国家为了进一步保护脆弱的生态系统，已经制定了有关内燃机排放的标准，并开发了各种内燃机缸内燃烧技术与尾气收集处理技术等，在研发生产和使用阶段有效地抑制了碳烟的大量排放，最终减轻其对自然环境和人类健康的负面影响。但是现有的减排技术存在着工艺复杂，标准不一，处理成本高、处理过程碳排放高等问题，因此需要通过更精确地探寻高压下碳烟形成机制来制定一种可靠，能耗低、排放小，成本低廉的系统和方法。
3、侵入式碳烟采集是一种在燃烧过程中直接从火焰中采集碳烟颗粒的方法，它相较于非侵入式方法具有独特的优势，尤其是在精确捕捉火焰中碳烟颗粒浓度最高点方面表现出色，有助于明确颗粒的生长过程，提高所采集样本的准确性和科学性，也可借助图像处理软件对层流火焰图像进行预处理，在实验前标定采样位置，其还具有低成本、高效、快捷的特点，保证实验的准确性并减少采样次数，使得采集到的碳
4、然而现阶段在高压密闭的定容燃烧室内，在火焰某一精确位置同时采集碳烟颗粒和气相多环芳烃（pahs）成为了一大难题。
技术实现思路
1、针对目前存在的技术问题，本专利技术提供一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统及方法，能够在高压密闭的定容燃烧室内，在火焰任一精确位置同时采集碳烟颗粒和气相多环芳烃。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，包括探针、稀释扩散喷管、tem载网机构和吸附装置，所述探针与所述旋转升降机构连接，并由该旋转升降机构控制其在竖直方向的旋转升降活动，所述旋转升降机构上连接有采集管，所述采集管的进口与所述探针连通，所述采集管的出口与所述稀释扩散喷管的进口连通，所述稀释扩散喷管的出口与所述tem载网机构连通，该tem载网机构与所述吸附装置连通，同时该吸附装置与真空泵连通。
4、优选的，所述旋转升降机构包括丝杆组件，该丝杆组件由电机驱动，所述丝杆组件的滑块沿竖直方向滑动连接在空心法兰内，使所述滑块与所述空心法兰之间形成活塞机构，所述空心法兰固定在高压燃烧室顶盖上方，所述探针至少部分位于高压燃烧室内，所述探针和所述采集管均连接在所述滑块上。
5、如此设置，通过电机带动丝杆组件上下运动以及通过预留地楔向键控制旋转活动，进而带动探针上下及旋转活动，实现采集不同火焰区域的碳烟颗粒和多环芳烃。
6、优选的，还包括循环冷却机构，该循环冷却机构包括缠绕在所述探针外侧的冷却水管，所述滑块上设有进水通道和出水通道，所述冷却水管的进水口与所述进水通道连通，所述冷却水管的出水口与所述出水通道连通。
7、如此设置，可以降低碳烟颗粒和多环芳烃在整个采集过程中的温度，使得在某一位置采集到的碳烟尽量不再发生多余的物化反应，提高了后续数据的准确性，对揭示碳氢燃料燃烧时多环芳烃小分子变成碳烟颗粒物的过程更具有说服性。
8、优选的，所述稀释扩散喷管包括混合段和扩散段，所述混合段的管径小于所述扩散段的管径，所述稀释扩散喷管的进口位于该混合段，所述稀释扩散喷管的出口位于该扩散段，在所述混合段上设有至少一个惰性气体入口管道，该惰性气体入口管道与所述混合段之间互成夹角设置。
9、优选的，在所述扩散段内设有气体扰动结构。
10、如此设置，碳烟颗粒和多环芳烃气体由直接侵入火焰内部的探针进入采集系统，经采集管进入稀释扩散喷管，在稀释扩散喷管内经过惰性气体稀释和扰动，通过惰性气体稀释样本后，经扩稀释散喷管降低气体流速以及进一步使碳烟颗粒均匀分布在tem载网支持膜上，以便于透射电子显微镜观察以及数据的可靠性。
11、优选的，所述tem载网机构包括载网管道，该载网管道内靠近所述稀释扩散喷管的一端设有支架，该支架上设tem载网，所述tem载网的直径小于所述载网管道的内径。
12、如此设置，可以使tem载网与载网管道的管壁有一定的间隙，防止瞬间过高的气体冲击力损坏tem支持膜，该设计可以防止串联的气相多环芳烃吸附装置完成采集之前积累过多的碳烟颗粒影响样本的准确性以及系统的稳定性。
13、优选的，所述吸附装置包括吸附管道，该吸附管道内设聚氨基甲酸乙酯泡沫，所述吸附管道的一端通过管接头与所述tem载网机构连通，其另一端通过管接头与所述真空泵连通。
14、优选的，所述丝杆组件的丝杆底部设有轴承，该轴承的外周设有量化所述探针转动角度的刻度尺。
15、如此设置，可以准确控制探针的旋转角度，同时配合丝杆机构带动探针上下移动，使得探针能够采集不同火焰区域的碳烟颗粒和多环芳烃样本。
16、优选的，所述空心法兰的顶端设有限位结构。
17、如此设置，空心法兰顶端的限位结构可以限制滑块向上滑出，防止误操使高压环境中的滑块喷出造成伤害。
18、一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集方法，采用所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，包括以下步骤：
19、s1：点火后，装上高压燃烧室顶盖，用螺栓固定并压紧，保证气密性；
20、s2：将所述旋转升降机构固定在所述高压燃烧室顶盖上，将所述探针连接在所述滑块上，将所述滑块塞入所述空心法兰，所述滑块通过滑块支架与丝杆底部的轴承连接，再所述把空心法兰与所述高压燃烧室顶盖连接；
21、s3：循环水软管分别连接进水通道和出水通道并入冷却循环水泵，将所述采集管的出口和所述稀释扩散喷管的进口用软管连接，所述惰性气体入口管道用软管连接到带流量控制和泄压阀的惰性气体气瓶，所述稀释扩散喷管的出口和所述tem载网机构的进口相连接，所述tem载网机构的出口和所述吸附装置的进口之间用不锈钢管连接，所述吸附装置的出口和真空泵之间用不锈钢管连接；
22、s4：倒转电机，使丝杠组件向上运动至最高处，防止所述探针与火焰接触，打开冷却循环水泵，关闭惰性气体气瓶的阀门，缓慢调节截止阀，使压力表达到预设值，待火焰稳定后，打开惰性气体气瓶的阀门，使气瓶泄压阀压力低于高压燃烧室压力，打开流量计控制惰性气体流量，同时打开真空泵。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术在碳烟采集系统末端新增了气相多环芳烃吸附装置，和碳烟颗粒采集装置形成串联采集系统，在火焰某一精确位置可以同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：包括探针（1）、稀释扩散喷管（6）、TEM载网机构（7）和吸附装置（8），所述探针（1）与所述旋转升降机构（2）连接，并由该旋转升降机构（2）和楔向键控制其在竖直方向的旋转升降活动，所述旋转升降机构（2）上连接有采集管（3），所述采集管（3）的进口与所述探针（1）连通，所述采集管（3）的出口与所述稀释扩散喷管（6）的进口连通，所述稀释扩散喷管（6）的出口与所述TEM载网机构（7）连通，该TEM载网机构（7）与所述吸附装置（8）连通，同时该吸附装置（8）与真空泵连通。
2.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述旋转升降机构（2）包括丝杆组件，该丝杆组件由电机（20）驱动，所述丝杆组件的滑块（21）沿竖直方向滑动连接在空心法兰（5）内，使所述滑块（21）与所述空心法兰（5）之间形成活塞机构，所述空心法兰（5）固定在高压燃烧室顶盖（6）上方，所述探针（1）至少部分位于高压燃烧室内，所述探针（1）和所述采集管（3）均连接在所述滑块（21）上。
3.根据权利要求2所述的
4.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述稀释扩散喷管（6）包括混合段（62）和扩散段（61），所述混合段（62）的管径小于所述扩散段（61）的管径，所述稀释扩散喷管（6）的进口位于该混合段（62），所述稀释扩散喷管（6）的出口位于该扩散段（61），在所述混合段（62）上设有至少一个惰性气体入口管道（63），该惰性气体入口管道（63）与所述混合段（62）之间互成夹角设置。
5.根据权利要求4所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：在所述扩散段（61）内设有气体扰动结构（65）。
6.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确集系统，其特征在于：所述TEM载网机构（7）包括载网管道，该载网管道内靠近所述稀释扩散喷管（6）的一端设有支架（71），该支架（71）上设TEM载网（72），所述TEM载网（72）的直径小于所述载网管道的内径。
7.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述吸附装置（8）包括吸附管道（80），该吸附管道（80）内设聚氨基甲酸乙酯泡沫，所述吸附管道（80）的一端通过管接头（82）与所述TEM载网机构（7）连通，其另一端通过管接头（82）与所述真空泵连通。
8.根据权利要求2所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述丝杆组件的丝杆底部设有轴承（25），该轴承（25）的外周设有量化所述探针（1）转动角度的刻度尺。
9.根据权利要求2所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述空心法兰（5）的顶端设有限位结构（51）。
10.一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集方法，其特征在于，采用权利要求3所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：包括探针（1）、稀释扩散喷管（6）、tem载网机构（7）和吸附装置（8），所述探针（1）与所述旋转升降机构（2）连接，并由该旋转升降机构（2）和楔向键控制其在竖直方向的旋转升降活动，所述旋转升降机构（2）上连接有采集管（3），所述采集管（3）的进口与所述探针（1）连通，所述采集管（3）的出口与所述稀释扩散喷管（6）的进口连通，所述稀释扩散喷管（6）的出口与所述tem载网机构（7）连通，该tem载网机构（7）与所述吸附装置（8）连通，同时该吸附装置（8）与真空泵连通。
2.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述旋转升降机构（2）包括丝杆组件，该丝杆组件由电机（20）驱动，所述丝杆组件的滑块（21）沿竖直方向滑动连接在空心法兰（5）内，使所述滑块（21）与所述空心法兰（5）之间形成活塞机构，所述空心法兰（5）固定在高压燃烧室顶盖（6）上方，所述探针（1）至少部分位于高压燃烧室内，所述探针（1）和所述采集管（3）均连接在所述滑块（21）上。
3.根据权利要求2所述的一种高压封闭燃烧室中碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：还包括循环冷却机构，该循环冷却机构包括缠绕在所述探针（1）外侧的冷却水管（4），所述滑块（21）上设有进水通道（41）和出水通道（42），所述冷却水管（4）的进水口与所述进水通道（41）连通，所述冷却水管（4）的出水口与所述出水通道（42）连通。
4.根据权利要求1所述的一种碳烟颗粒及多环芳烃全区域精确采集系统，其特征在于：所述稀释扩散喷管（6）包括混合段（62）和扩散段（61），所述混...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。