CN112461607A - 一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采用方法，装置包括探针、不锈钢管、第一导气管、第二导气管、过滤器盒、载/盖玻片组、微栅支持膜和真空泵，载/盖玻片组被夹持在过滤器盒中，微栅支持膜位于所述载/盖玻片组内，探针通过不锈钢管与第一导气管的前端连接、第一导气管的后端通过过滤器盒和载/盖玻片组与微栅支持膜连通，第二导气管的前端通过过滤器盒和载/盖玻片组与微栅支持膜连通、第二导气管的后端与真空泵连接。刚玉探针伸入对冲扩散火焰的碳烟生成区域，真空泵在管路末端提供负压，气流携带碳烟颗粒从探针被抽入管路，在经过微栅时，气流顺利通过微栅，碳烟颗粒被截留在微栅上，方法简便、装置结构简单、设计巧妙合理。

Description

一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法

技术领域

本发明属于燃烧技术领域，具体涉及一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法。

背景技术

对冲扩散火焰是一种将燃料流与空气流相对设置的扩散火焰，因独特的一维火焰形态，较之于传统二维扩散火焰，极大地简化了实验与计算的体量与难度，因此越来越多的研究者进行了对冲扩散火焰的研究。

碳烟作为燃料不完全燃烧的主要产物之一受到广泛关注。锅炉、内燃机等燃烧系统排放的碳烟颗粒是不可避免的，碳烟颗粒的研究对提高传热和燃烧效率具有重要意义。并且，碳烟颗粒会对环境和人类健康产生严重的不良后果。因此，各国政府机构正在对各种燃烧源的烟尘排放制定越来越严格的法规。为了减少碳烟排放，燃烧研究人员和燃烧装置设计人员正在通过实验和理论研究找到有效的方法，包括减少对传统化石燃料的依赖，提高燃烧系统的效率，以及使用替代生物燃料。

热泳取样技术是基于热泳原理，使碳烟颗粒沉积于载网上的技术，该技术适用于大多数普通扩散火焰。在对冲扩散火焰中，使用该技术会对火焰中稳定的流场与浓度场造成较大扰动，影响实验结果。沉积取样技术通过在火焰上方设置石英板，使火焰中的颗粒物沉积在玻璃板上，适用于各种正、反扩散火焰。在对冲扩散火焰中，因空间限制无法设置用于取样的石英板，因此沉积取样无法实现。

对冲扩散火焰因其特殊的火焰形态与燃烧环境，碳烟的采集相对困难，对于之后对碳烟颗粒的研究有较大阻碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置及其采样方法，支持在对冲扩散火焰中进行碳烟的实时采样。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，包括探针、不锈钢管、第一导气管、第二导气管、过滤器盒、载/盖玻片组、微栅支持膜和真空泵，

所述载/盖玻片组被夹持在过滤器盒中，所述微栅支持膜位于所述载/盖玻片组内，所述探针通过所述不锈钢管与第一导气管的前端连接、第一导气管的后端通过过滤器盒和载/盖玻片组与微栅支持膜连通，所述第二导气管的前端通过过滤器盒和载/盖玻片组与微栅支持膜连通、所述第二导气管的后端与真空泵连接。

进一步地，所述载/盖玻片组包括载玻片与盖玻片，所述微栅支持膜设置于载玻片与盖玻片之间。

进一步地，所述载玻片与盖玻片的中心沿轴向均开设有阶梯孔，载玻片与盖玻片的阶梯孔的大径段对接，所述微栅支持膜设置于载玻片与盖玻片的阶梯孔的大径段内。

进一步地，还包括橡胶密封圈，所述橡胶密封圈设置于所述载/盖玻片组的外侧。

进一步地，所述探针为刚玉探针。

进一步地，所述第一导气管、第二导气管均为硅胶导气管。

进一步地，所述微栅支持膜为铜网微栅支持膜。

根据上述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置的对冲扩散火焰颗粒采样方法：启动真空泵，装置后端产生负压，控制装置内的气流向装置后端流动，装置前端探针从火焰中抽取携载有碳烟颗粒的气流，携载有碳烟颗粒的气流流经微栅支持膜时，碳烟颗粒被截留在微栅支持膜上，气流通过微栅支持膜。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明装置可借助三维电控位移平台的控制，刚玉探针伸入对冲扩散火焰的碳烟生成区域，真空泵在管路末端为整个管路提供负压，气流携带碳烟颗粒从探针被抽入管路，在经过微栅时，气流顺利通过微栅，碳烟颗粒被截留在微栅上，装置结构简单、设计巧妙合理；

(2)本发明提供的方法使用的刚玉探针尺寸较小，采用探针抽取，可在狭小空间内进行采集，在探入火焰后对流场与浓度场产生的影响非常有限。

附图说明

图1为本发明对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置的结构示意图。

图2为本发明的载/盖玻片组俯视图。

图3为本发明的载/盖玻片组主视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

结合图1，本发明对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置包括刚玉探针1、不锈钢管2、第一硅胶导气管3-1、第二硅胶导气管3-2、过滤器盒4、橡胶密封圈5、载/盖玻片组6、铜网微栅支持膜7和真空泵8。刚玉探针1水平探入对冲扩散火焰，通过不锈钢管2及第一硅胶导气管3-1与过滤器盒4连接。载/盖玻片组6被夹持在过滤器盒4中。载/盖玻片组6用密封橡胶圈5密封，防止漏气。过滤器盒4通过第二硅胶导气管3-2与系统末端真空泵8连接。真空泵8启动时，系统末端提供负压，控制气流向末端流动，前端探针1可以从火焰中抽取携载有碳烟颗粒的气流，在气流流经微栅支持膜7时，碳烟颗粒被截留在膜上，气流通过微栅支持膜7。

结合图2、3，所述载/盖玻片组6包括载玻片6-1与盖玻片6-2，所述铜网微栅支持膜7设置于载玻片6-1与盖玻片6-2之间。

优选地，所述载玻片6-1与盖玻片6-2的中心沿轴向均开设有阶梯孔，载玻片6-1与盖玻片6-2的阶梯孔的大径段对接，所述铜网微栅支持膜7设置于载玻片6-1与盖玻片6-2的阶梯孔的大径段内并使其不会翻转。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，包括探针(1)、不锈钢管(2)、第一导气管(3-1)、第二导气管(3-2)、过滤器盒(4)、载/盖玻片组(6)、微栅支持膜(7)和真空泵(8)，

所述载/盖玻片组(6)被夹持在过滤器盒(4)中，所述微栅支持膜(7)位于所述载/盖玻片组(6)内，所述探针(1)通过所述不锈钢管(2)与第一导气管(3-1)的前端连接、第一导气管(3-1)的后端通过过滤器盒(4)和载/盖玻片组(6)与微栅支持膜(7)连通，所述第二导气管(3-2)的前端通过过滤器盒(4)和载/盖玻片组(6)与微栅支持膜(7)连通、所述第二导气管(3-2)的后端与真空泵(8)连接。

2.根据权利要求1所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，所述载/盖玻片组(6)包括载玻片(6-1)与盖玻片(6-2)，所述微栅支持膜(7)设置于载玻片(6-1)与盖玻片(6-2)之间。

3.根据权利要求2所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，所述载玻片(6-1)与盖玻片(6-2)的中心沿轴向均开设有阶梯孔，载玻片(6-1)与盖玻片(6-2)的阶梯孔的大径段对接，所述微栅支持膜(7)设置于载玻片(6-1)与盖玻片(6-2)的阶梯孔的大径段内。

4.根据权利要求3所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，还包括橡胶密封圈(5)，所述橡胶密封圈(5)设置于所述载/盖玻片组(6)的外侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，所述探针(1)为刚玉探针。

6.根据权利要求5所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，所述第一导气管(3-1)、第二导气管(3-2)均为硅胶导气管。

7.根据权利要求5所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置，其特征在于，所述微栅支持膜(7)为铜网微栅支持膜(7)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的对冲扩散火焰碳烟颗粒采样装置的对冲扩散火焰颗粒采样方法，其特征在于，启动真空泵(8)，装置后端产生负压，控制装置内的气流向装置后端流动，装置前端探针(1)从火焰中抽取携载有碳烟颗粒的气流，携载有碳烟颗粒的气流流经微栅支持膜(7)时，碳烟颗粒被截留在微栅支持膜(7)上，气流通过微栅支持膜(7)。

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