[發明專利]一種層流火焰中碳煙高效采集系統及其采集方法

有效

• 申請號: 202010972870.0
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112082824B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 楚化強;聶曉康;胡家龍;牙宇晨;吳澤玫
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 郭大美;金貝貝

本發明公開了一種層流火焰中碳煙高效采集系統及其采集方法，屬于碳煙采集領域。本發明的采集系統包括高壓腔及內部的層流燃燒器和采集機構，層流燃燒器下方設置有升降機構，采集機構包括位于層流燃燒器頂部上方的旋轉盤，旋轉盤下方設置有動力組件，旋轉盤上間隔設置有多組采樣臂，采樣臂的采樣端放置有采樣銅網。本發明的采集系統，所占空間位置相對集中，可以更好地應用于有限空間的高壓腔內燃燒火焰的碳煙采集；本發明的采集方法，利用該采集系統，可以對火焰上任意一點進行碳煙采集，達到全面性研究的目的，且能夠一次性采集多個，極大地減少高壓腔開合的次數，節約了時間，提高了效率，減小了誤差。

技術領域

本發明涉及碳煙采集技術領域，更具體地說，涉及一種層流火焰中碳煙高效采集系統及其采集方法。

背景技術

隨著經濟的飛速發展和人們生活水平的日益提高，汽車成為家家戶戶出行必不可少的交通工具，汽車的尾氣排放是產生碳煙的主要來源之一。碳煙顆粒是在燃料受熱分解和不完全燃燒的條件下生成的，其是大氣中總懸浮物的主要來源，而總懸浮顆粒物則是導致霧霾產生的元兇。

碳煙顆粒不僅污染環境，也會危害人類健康。碳煙顆粒會侵入人體的呼吸系統進而對肺部造成損傷。有相關數據表明，長期處于碳煙顆粒污染區域的人，患肺癌的幾率會明顯升高。碳煙顆粒也有有益的作用。它可以作為汽車輪胎的添加劑，可以有效提高輪胎的耐磨性。綜上所述，碳煙顆粒有其有害的一面，也有其有益的一面，因此，研究碳煙的生成具有重要的意義，然而，碳煙的采集技術又是研究的前提與難點。

目前，雖然有部分裝置可以對層流火焰中碳煙進行采樣，但是，大部分裝置采集的碳煙只能分析其形貌和火焰不同位置碳煙的特性。盡管有很少部分裝置采集的碳煙可以觀測碳煙顆粒的初始形成過程，但是，它們采集效率低，且操作要求高。

如授權公告號CN106442854B公開了一種碳氫燃料層流火焰中碳黑檢測系統及其檢測方法，該申請案通過安裝在采樣機構中的SIC纖維對火焰中的碳煙進行采樣。該方案的優點是可以采集不同高度和不同角度的碳煙顆粒，但是所采集的碳煙只能觀測到碳煙的形貌，不能實現對碳煙的生成機理進行研究。

再如申請公布號CN108760589A公開了一種碳煙燃料層流火焰中碳煙采集系統及其粒徑分析方法，該申請案通過熱泳探針前端的自鎖鑷子夾持銅網，快速地進出火焰，完成對火焰中碳煙的采集。該方案采用傳統的氣缸控制采集裝置，創新點在于在進行碳煙采集時可將時間精準控制在毫秒級，從而實現在碳煙形成過程中進行碳煙收集，為生長機理的研究提供基礎。但是，該申請案中熱泳探針每次只能夾持一枚銅網，進行一次采樣后，更換銅網步驟復雜且耗時較長；其次，該系統只能對火焰中心位置進行碳煙采集。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服現有技術中碳煙采集效率低、采集難以全面的不足，擬提供一種層流火焰中碳煙高效采集系統及其采集方法，本發明的采集系統，所占空間位置相對集中，相對表面積較小，可以更好地應用于有限空間的高壓腔內燃燒火焰的碳煙采集；本發明的采集方法，利用該采集系統，可以對火焰上任意一點進行碳煙采集，達到全面性研究的目的，且能夠一次性采集多個，極大地減少高壓腔開合的次數，節約了時間，提高了效率，較小了誤差。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種層流火焰中碳煙高效采集系統，包括高壓腔，以及設置在高壓腔內的層流燃燒器和采集機構，層流燃燒器下方設置有用于驅動其升降的升降機構，采集機構設置于層流燃燒器一側，包括位于層流燃燒器頂部上方的旋轉盤，旋轉盤下方設置有用于驅動旋轉盤旋轉的動力組件，旋轉盤上沿周向均勻間隔活動設置有多組采樣臂，每組采樣臂的采樣端均放置有采樣銅網。

更進一步地，旋轉盤下方的動力組件包括步進電機，步進電機通過聯軸器與減速箱相連，減速箱的輸出軸端部與旋轉盤相連；步進電機還與信號發生器相連，信號發生器用于控制步進電機轉動與停止。