CN109060463A - 对冲火焰碳烟收集装置与方法及碳烟体积分数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架，还包括收集探针、流量计、真空泵，所述收集探针通过收集探针支架与对冲燃烧器及其支架相连，使收集探针固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸，所述收集探针后端通过管道与真空泵连接，流量计安装在所述收集探针和真空泵之间的管道上。基于上述碳烟收集装置提供了一种对冲火焰碳烟收集方法及一种碳烟体积分数测量方法。本发明提供了一种成本低廉、工艺简单的对冲火焰碳烟的收集装置与方法，并且保证收集的碳烟不受污染，是良好的微观研究样品，并提供一种简单易操作的碳烟体积分数测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及碳烟收集技术领域，具体涉及一种对冲火焰碳烟收集装置与方法及一种碳烟体积分数测量方法。
背景技术
众所周知，不完全燃烧碳氢化合物燃料所产生的碳烟对大气环境和人体健康都存在十分不利的影响。并且碳烟的存在也表明了燃烧装置的热损失。因此，开发控制碳烟排放的新技术是十分重要的，这就需要对碳烟的形成机理有最基本的认识。
碳烟的形成是燃烧过程中最复杂的过程之一，涉及燃烧化学、流体动力学、传热传质、粒子动力学之间的复杂相互作用。复杂的过程阻碍了碳烟的形成机理的研究，因此研究者们开发出了实验室级的层流火焰，简化了火焰中的流场，使得碳烟的形成机理更直观。对冲火焰就是用于研究碳烟的形成机理的火焰之一。由于对冲火焰的流场简单，因此能更直接地研究碳烟的形成过程。
为了更进一步研究碳烟的形成机理和性质，需要对碳烟取样进行微观研究。而有些微观研究方法，如热重分析(TGA)、拉曼光谱分析等均需要较大量的样品进行分析。另外，碳烟体积分数是火焰研究中的一个重要参数，通常均用光学诊断技术进行测量，测量设备成本高昂，因此，本发明还基于收集装置提供了一种测量对冲火焰碳烟体积分数的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对冲火焰碳烟收集装置与方法及一种碳烟体积分数测量方法，目的在于提供一种成本低廉、工艺简单的对冲火焰碳烟的收集装置与方法，并且保证收集的碳烟不受污染，是良好的微观研究样品，并提供一种简单易操作的碳烟体积分数测量方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架，还包括收集探针、流量计、真空泵，所述收集探针通过收集探针支架与对冲燃烧器及其支架相连，使收集探针固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸，所述收集探针后端通过管道与真空泵连接，流量计安装在所述收集探针和真空泵之间的管道上。
进一步，所述收集探针包括探针前端和探针后端，所述探针前端为外方内圆柱状套筒结构，所述探针后端为减缩管，探针前端中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，圆形套筒和方向套筒之间形成的空间中空与渐缩管连通,所述中间圆形套筒前后两端的圆弧面上设有条形孔，所述条形孔水平设置，所述聚四氟乙烯滤纸固定在条形孔内侧。
进一步，所述收集探针内部或探针表面设有冷却水管道。
一种对冲火焰碳烟收集方法，包括以下步骤：
S1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针，干燥收集探针后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针中，将收集探针安装在探针固定架上，并且将所述收集探针与所述真空泵通过所述管道相连；
S2.为燃烧器供气并点燃火焰，调整为所需研究的火焰工况，待火焰稳定后，启动真空泵开始收集碳烟；
S3.火焰燃烧一段时间后，观察聚四氟乙烯滤纸上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸后关闭真空泵，并且停止对燃烧器供气，待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸。
S4.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记。
一种碳烟体积分数测量方法，包括以下步骤：
S1.测量气体总体积V：在收集碳烟过程中，流量计测得的气体体积流量为Q，记录真空泵开启时间为t0，关闭时间为t，则真空泵吸收的气体体积V＝Q×(t-t0)；
S2.测定收集碳烟的总体积Vp；
S3.计算火焰中碳烟体积分数。
在上述步骤S2中，测定收集碳烟的总体积Vp包括以下步骤：
S21.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m；
S22.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ；
S23.计算其总体积：Vp＝m/ρ。
然后根据火焰中碳烟体积分数的定义计算火焰中的碳烟体积分数：fV＝Vp/V。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明收集探针包括探针前端和探针后端，探针前端为外方内圆柱状套筒结构，探针后端为减缩管，探针前端中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，面积足够大以覆盖对冲火焰的碳烟生成及流出区域，能够收集火焰中心线上所有高度上的各种形态的碳烟颗粒能有效达到收集较大量碳烟的目的；管道后端的面积较前端小，能更好的提供负压，保证碳烟的吸入，以满足后续对碳烟进行后处理研究的需求。
2.本发明采用聚四氟乙烯滤纸收集碳烟颗粒，将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层，得到的碳烟样品纯净无污染，能满足后续碳烟后处理研究的需求。
3.收集探针中间圆形套筒结构设计为前后两端的圆弧面上设有条形孔，条形孔水平设置，聚四氟乙烯滤纸固定在条形孔内侧，聚四氟乙烯滤纸不同位置处的碳烟能较好的对应对冲火焰不同高度处产生的碳烟，且可有效避免碳烟在收集探针内沉积而导致的二次实验污染，条形孔设计使得真空泵能提供更均匀的负压。
4.探针前端中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，保证了碳烟生成区域各种形态的碳烟均能被收集到收集探针中。
5.本发明操作简单，结构简洁，成本较低。
6.本发明提供了一种较为简单的测量碳烟体积分数的新方法。
附图说明
图1为本发明收集装置整体结构示意图；
图2为本发明收集探针结构示意图；
图3为本发明收集探针截面图；
其中，1-对冲燃烧器及其支架；2-收集探针；2.1-探针前端；2.2-探针后端；3-流量计；4-真空泵；5-收集探针支架；6-聚四氟乙烯滤纸；7-管道；8-条形孔；9-冷却水管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1-3所示，本发明提供一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架1，还包括收集探针2、流量计3、真空泵4，所述收集探针2通过收集探针支架5与对冲燃烧器及其支架1相连，使收集探针2固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针2内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸6，所述收集探针2后端通过管道7与真空泵4连接，流量计3安装在所述收集探针2和真空泵4之间的管道上。
所述收集探针2包括探针前端2.1和探针后端2.2，所述探针前端2.1为外方内圆柱状套筒结构，所述探针后端2.2为减缩管，探针前端2.1中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，圆形套筒和方向套筒之间形成的空间中空与减缩管连通,所述中间圆形套筒前后两端的圆弧面上设有条形孔8，所述条形孔8水平设置，所述聚四氟乙烯滤纸6固定在条形孔内侧。
条形孔的方向为水平方向，与该设计使得真空泵能提供更均匀的负压。所述的收集探针前端设计为圆柱面，其中心轴与火焰中心轴重合，该设计进一步扩大了碳烟的收集区域，保证碳烟生成区域各种形态的碳烟均被收集到收集探针中。聚四氟乙烯滤纸不同位置处的碳烟能较好的对应对冲火焰不同高度处产生的碳烟。另外，该方案可有效避免碳烟在收集探针内沉积而导致的二次实验污染。
作为本发明的进一步改进，所述收集探针2内部或探针表面设有冷却水管道9，可以加速碳烟冷却凝结，确保火焰生成的碳烟均被收集。
本发明还提供一种对冲火焰碳烟收集方法，包括以下步骤：
S1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针2，干燥收集探针2后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针2中，将收集探针2通过收集探针支架5与对冲燃烧器及其支架1相连，并且将收集探针2与所述真空泵4通过所述管道7相连；
S2.为燃烧器供气并点燃火焰，调整为所需研究的火焰工况，待火焰稳定后，启动真空泵4开始收集碳烟；
S3.火焰燃烧一段时间后，观察聚四氟乙烯滤纸6上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸6后关闭真空泵4，并且停止对燃烧器供气，待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸6；
S4.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记。
本发明进一步提供一种碳烟体积分数测量方法包括以下步骤：
S1.测量气体总体积V：在收集碳烟过程中，流量计测得的气体体积流量为Q，记录真空泵开启时间为t0，关闭时间为t，则真空泵吸收的气体体积V＝Q×(t-t0)；
S2.测定收集碳烟的总体积Vp；
S3.计算火焰中碳烟体积分数。
在上述步骤S2中，测定收集碳烟的总体积Vp包括以下步骤：
S21.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m；
S22.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ；
S23.计算其总体积：Vp＝m/ρ。
然后根据火焰中碳烟体积分数的定义计算火焰中的碳烟体积分数：fV＝Vp/V。
实施例1
对冲火焰燃烧器下喷嘴通入纯乙烯气体，流速为20cm/s，对冲火焰上喷嘴通入氮气和氧气的混合气，流速为20cm/s，其中氧气摩尔分数为25％，氮气摩尔分数为75％,收集上述条件下的碳烟并测量上述条件下的碳烟体积分数。
按照以下步骤进行：
1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针2，干燥收集探针2后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针2中，将收集探针2通过收集探针支架5与对冲燃烧器及其支架1相连，并且将收集探针2与所述真空泵4通过所述管道7相连；
2.选定对冲火焰燃烧器所用燃料为乙烯气体；
3.对冲火焰燃烧器下喷嘴通入纯乙烯气体，流速为20cm/s，对冲火焰上喷嘴通入氮气和氧气的混合气，流速为20cm/s，其中氧气摩尔分数为25％，氮气摩尔分数为75％，点燃火焰，待火焰稳定；
4.开启真空泵4，记录开启时间t0；
5.读取流量计3流量为Q＝10slpm，观察聚四氟乙烯滤纸6上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸6后关闭真空泵4，记录关闭时间t，t-t0＝30min；
6.计算得气体总体积V＝300L；
7.待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸6；
8.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记；
9.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m＝254mg；
10.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ＝1.8g/cm-3；
11.计算得碳烟总体积Vp＝0.141cm3；
12.计算得碳烟体积分数为fV＝4.7×10-7。
实施例2
对冲火焰燃烧器下喷嘴通入乙烯氮气混合气体，流速为20cm/s，其中乙烯摩尔分数为28％，氮气摩尔分数为72％，对冲火焰上喷嘴通入氮气和氧气的混合气，流速为20cm/s，其中氧气摩尔分数为90％，氮气摩尔分数为10％，收集上述条件下的碳烟并测量上述条件下的碳烟体积分数。
按照以下步骤进行：
1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针2，干燥收集探针2后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针2中，将收集探针2通过收集探针支架5与对冲燃烧器及其支架1相连，并且将收集探针2与所述真空泵4通过所述管道7相连；
2.选定对冲火焰燃烧器所用燃料为乙烯气体；
3.对冲火焰燃烧器下喷嘴通入乙烯氮气混合气体，流速为20cm/s，其中乙烯摩尔分数为28％，氮气摩尔分数为72％，对冲火焰上喷嘴通入氮气和氧气的混合气，流速为20cm/s，其中氧气摩尔分数为90％，氮气摩尔分数为10％，点燃火焰，待火焰稳定；
4.开启真空泵4，记录开启时间t0；
5.读取流量计3流量为Q＝10slpm，观察聚四氟乙烯滤纸6上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸6后关闭真空泵4，记录关闭时间t，t-t0＝40min；
6.计算得气体总体积V＝400L；
7.待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸6；
8.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记；
9.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m＝185mg；
10.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ＝2.01g/cm-3；
11.计算得碳烟总体积Vp＝0.092cm3；
12.计算得碳烟体积分数为fV＝2.3×10-7。
综上，本发明提供的一种对冲火焰碳烟收集装置与方法及一种碳烟体积分数测量方法，保证了收集的碳烟不受污染，是良好的微观研究样品，并提供一种简单易操作的碳烟体积分数测量方法，成本低廉，操作简单。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架(1)，其特征在于：还包括收集探针(2)、流量计(3)、真空泵(4)，所述收集探针(2)通过收集探针支架(5)与对冲燃烧器及其支架(1)相连，使收集探针(2)固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针(2)内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸(6)，所述收集探针(2)后端通过管道(7)与真空泵(4)连接，流量计(3)安装在所述收集探针(2)和真空泵(4)之间的管道上。
2.根据权利要求1所述的对冲火焰碳烟收集装置，其特征在于：所述收集探针(2)包括探针前端(2.1)和探针后端(2.2)，所述探针前端(2.1)为外方内圆柱状套筒结构，所述探针后端(2.2)为减缩管，探针前端(2.1)中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，圆形套筒和方向套筒之间形成的空间中空与减缩管连通,所述中间圆形套筒前后两端的圆弧面上设有条形孔(8)，所述条形孔(8)水平设置，所述聚四氟乙烯滤纸(6)固定在条形孔内侧。
3.根据权利要求1所述的对冲火焰碳烟收集装置，其特征在于：所述收集探针(2)内部或探针表面设有冷却水管道(9)。
4.一种对冲火焰碳烟收集方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针(2)，干燥收集探针(2)后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针(2)中，将收集探针(2)通过收集探针支架(5)与对冲燃烧器及其支架(1)相连，并且将收集探针(2)与所述真空泵(4)通过所述管道(7)相连；
S2.为燃烧器供气并点燃火焰，调整为所需研究的火焰工况，待火焰稳定后，启动真空泵(4)开始收集碳烟；
S3.火焰燃烧一段时间后，观察聚四氟乙烯滤纸(6)上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸(6)后关闭真空泵(4)，并且停止对燃烧器供气，待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸(6)；
S4.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤膜上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记。
5.一种碳烟体积分数测量方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.测量气体总体积V：在收集碳烟过程中，流量计测得的气体体积流量为Q，记录真空泵开启时间为t0，关闭时间为t，则真空泵吸收的气体体积V＝Q×(t-t0)；
S2.测定收集碳烟的总体积Vp；
S3.计算火焰中碳烟体积分数。
6.根据权利要求5所述的碳烟体积分数测量方法，其特征在于：在上述步骤S2中，测定收集碳烟的总体积Vp包括以下步骤：
S21.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m；
S22.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ；
S23.计算其总体积：Vp＝m/ρ。
7.根据权利要求6所述的碳烟体积分数测量方法，其特征在于：根据火焰中碳烟体积分数的定义计算火焰中的碳烟体积分数：fV＝Vp/V。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110542740A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 安徽工业大学 | 一种可精准调节燃烧器喷嘴的对冲火焰试验台 |
| CN111122652A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-08 | 南京理工大学 | 一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法 |
| CN111413163A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-07-14 | 安徽工业大学 | 一种层流火焰碳烟收集采样装置及采样方法 |
| CN112082824A (zh) * | 2020-09-16 | 2020-12-15 | 安徽工业大学 | 一种层流火焰中碳烟高效采集系统及其采集方法 |
| CN112461607A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-09 | 南京理工大学 | 一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法 |
| CN113588861A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 南京理工大学 | 一种航空替代燃料燃烧碳烟生成机理研究及调控方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201007697Y (zh) * | 2006-12-31 | 2008-01-16 | 中国科学院工程热物理研究所 | 用于研究燃烧的高温取样探针 |
| CN106441917A (zh) * | 2016-09-16 | 2017-02-22 | 天津大学 | 可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统及控制方法 |
| CN205991910U (zh) * | 2016-09-13 | 2017-03-01 | 渤海大学 | 一种高分子材料燃烧实验用采集装置 |
| CN206531677U (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-29 | 衢州峥嵘环保科技有限公司 | 一种燃烧碳烟颗粒取样装置 |
| JP2018066587A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 日本碍子株式会社 | 粒子状物質発生装置 |
-
2018
- 2018-09-27 CN CN201811128367.6A patent/CN109060463B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201007697Y (zh) * | 2006-12-31 | 2008-01-16 | 中国科学院工程热物理研究所 | 用于研究燃烧的高温取样探针 |
| CN205991910U (zh) * | 2016-09-13 | 2017-03-01 | 渤海大学 | 一种高分子材料燃烧实验用采集装置 |
| CN106441917A (zh) * | 2016-09-16 | 2017-02-22 | 天津大学 | 可模拟后喷策略对碳烟排放影响的燃烧系统及控制方法 |
| JP2018066587A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 日本碍子株式会社 | 粒子状物質発生装置 |
| CN206531677U (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-29 | 衢州峥嵘环保科技有限公司 | 一种燃烧碳烟颗粒取样装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110542740A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 安徽工业大学 | 一种可精准调节燃烧器喷嘴的对冲火焰试验台 |
| CN111122652A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-08 | 南京理工大学 | 一种碳氢燃料热解碳烟生成机理研究方法 |
| CN111413163A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-07-14 | 安徽工业大学 | 一种层流火焰碳烟收集采样装置及采样方法 |
| CN113588861A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 南京理工大学 | 一种航空替代燃料燃烧碳烟生成机理研究及调控方法 |
| CN112082824A (zh) * | 2020-09-16 | 2020-12-15 | 安徽工业大学 | 一种层流火焰中碳烟高效采集系统及其采集方法 |
| CN112461607A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-09 | 南京理工大学 | 一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法 |
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