[發明專利]一種柴油機排氣中顆粒中值粒徑的測量方法

有效

• 申請號: 201310585461.5
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103630471A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王忠;李銘迪;王宇成;趙洋;劉帥;李瑞娜;毛功平
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

1.一種柴油機排氣中顆粒中值粒徑的測量方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：采集待測顆粒樣品；

采用濾膜采集發動機主排氣通道中的發動機燃燒顆粒作為待測顆粒樣品；

步驟2：待測顆粒樣品的分散處理；

采用乙醇/二氯甲烷溶液對待測顆粒樣品進行萃取，對萃取后的懸浮液進行超聲分散，分散后的溶液經過濾、烘干后，得到顆粒粒徑分析樣品；

步驟3：獲得分散顆粒的電鏡圖像；

采集顆粒粒徑分析樣品的圖像，得到待處理團聚顆粒電鏡圖像；

步驟4：判斷團聚顆粒的分散程度；

記待處理團聚顆粒電鏡圖像中團聚顆粒的總個數為M，采用M_i表示第i個團聚顆粒，i＝1，2……M；根據待處理團聚顆粒電鏡圖像的底板晶格尺寸，采用晶格法測量M_i的投影面積記小于1μm²的團聚顆粒個數為M^*，若M^*＜90%M，返回步驟2；若M^*≥90%M，認為顆粒已初步分散，記M_i中單個顆粒的個數為N_i，繼續進入步驟5；

步驟5：求解M_i中單個顆粒的直徑；

步驟5.1、對單個顆粒進行準球形假設：

采用曲線擬合法對M_i的輪廓進行擬合，得到擬合曲線，該擬合曲線拐點的個數為X，x為拐點的序數，x＝1,2……X，當M_i中N_i=1時，X＝0；當M_i中N_i=2，且兩個單個顆粒相切時，X＝1；其余情況下，X≥2，則擬合曲線的第x個拐點記為當X＝1時，記兩段弧長分別為和當X≥2時，記相鄰兩個拐點之間的擬合曲線的弧長為y為弧長的序數；

步驟5.2、排除拐點數過多的顆粒：

若X＞8，排除該團聚顆粒；

若X≤8，保留該團聚顆粒；

步驟5.3、判斷M_i中單個顆粒個數：

若X＝0，即N_i＝1，進入步驟5.4；

若X＝1，即N_i＝2，進入步驟5.5；

若X＝2，3……8，進入步驟5.6；

步驟5.4、因為N_i＝1，則該單個顆粒的直徑Dⁱ按照下式計算：

若0.1μm＜Dⁱ＜0.5μm，保留該單個顆粒直徑，否則排除該單個顆粒的直徑；

步驟5.5、因為X＝1、N_i＝2，兩個單個顆粒相切，所以擬合曲線的弧長和即為兩個單個顆粒的周長，則兩個單個顆粒的直徑分別根據如下公式計算：DIi=CIi/π,DIIi=CIIi/π;]]>

若保留該單個顆粒直徑，否則排除該單個顆粒的直徑；

若保留該單個顆粒直徑，否則排除該單個顆粒的直徑；

步驟5.6、計算X＝2，3……8時，每個單個顆粒的直徑：

步驟5.6.1、計算相鄰兩個拐點之間的擬合曲線的弧長并記與對應的兩個拐點之間的直線距離為通過式（1）計算為對應的顆粒直徑；

Dyi×sin(180×CyiπDyi)=Ayi---(1)]]>

步驟5.6.2、根據每一個逐一計算得到弧長對應的顆粒直徑的集合，為

步驟5.6.3、排除相同直徑的顆粒：

將集合中每個不同的數值僅提取一個，形成新的集合；則該新的集合中數值的個數即為該M_i中單個顆粒的個數N_i；

記新的集合為b＝1,2……N_i，表示M_i中單個顆粒的直徑，b表示M_i中單個顆粒的序號；

步驟5.6.4、排除團聚顆粒中分散不完全的顆粒：

若N_i＞5，排除該團聚顆粒；

若N_i=1～5，保留該團聚顆粒；

步驟5.6.5、排除團聚程度過高顆粒：

記M_i中N_i個單個顆粒理論投影面積的總和為S_i，S_i按式（2）計算：

Si=Σz=1Ni14π(DDbi)2---(2)]]>

按式（3）計算M_i中單個顆粒的重合度β_i，

βi=SiSMi×100%---(3)]]>

若β_i≤50%，排除該M_i中單個顆粒的直徑；若β_i＞50%，保留M_i中單個顆粒的直徑

步驟5.7、排除超出測量范圍的單個顆粒直徑：

逐個判別集合中單個顆粒的直徑，若滿足0.1μm<DDbi<0.5μm,]]>則保留該顆粒直徑，否則排除該單個顆粒的直徑。

判別后，將保留的顆粒直徑的集合記為表示篩選后M_i中單個顆粒的直徑，z表示M_i中最終單個顆粒的序號，z＝1,2……NN_i；

中數值的個數即為該M_i中篩選后的單個顆粒個數NN_i；

步驟5.8、若X＝0，記Dⁱ為團聚顆粒中單個顆粒的直徑；若X＝1，記和為團聚顆粒中單個顆粒的直徑；若X＝2，3……8，記為團聚顆粒中單個顆粒的直徑；

步驟6：篩選M_i中所有小于1μm²的團聚顆粒，逐一采用步驟5的方法求解團聚顆粒中單個顆粒的直徑，所得結果的集合記為顆粒樣品的單個顆粒直徑；

步驟7：計算顆粒樣品的單個顆粒直徑的中值，即為柴油機排氣中顆粒中值粒徑D₅₀。