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原文传递一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置及方法

专利名称：	一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置及方法
摘要：	本发明提供了一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置和方法。具体装置为柴油机排气颗粒带电试验平台。主要方法为将在试验平台上进行过荷电处理的柴油机排气颗粒捕集后分散于电解质溶液中；在试验平台加电和不加电时，利用电位仪分别得出颗粒的Zeta电位；通过Gouy‑Chapman公式计算颗粒表面的电荷密度；用排气粒径谱仪测量颗粒粒径；根据球形颗粒带电量计算公式得出加电和不加电时的电量，两者差值即为单个颗粒在相应电压下的带电量。通过本发明测出单个排气颗粒带电量，有利于研究电晕放电条件下排气颗粒的带电过程，对进一步研究带电后的颗粒的动力学性能，及其运动和凝并过程有很大帮助，可以为降低柴油机的排放提供支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	王天婷;刘军恒;孙平;嵇乾;唐程;范义
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910429476.X
公开号：	CN110261286A
分类号：	G01N15/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，其特征在于，包括依次串联在柴油机(1)排气管路上的压力阀(2)、荷电凝并装置、颗粒物粒径分级采样系统、柴油机排气粒径数目测量装置和Zeta电位测量装置；所述荷电凝并装置包括带有高压电源(3)的荷电凝并筒(19)；所述颗粒物分级采样系统包括串联在荷电凝并筒(19)出气管路上的带有惯性冲击器(17)的颗粒物粒径分级采样装置(18)；所述柴油机排气粒径数目测量装置包括串联在颗粒物粒径分级采样装置(18)的出气端管路中的稀释器(15)和并联在稀释器(15)上的排气粒径谱仪(16)；所述Zeta电位测量装置包括电解质溶液容器、粘度计(5)、电导率仪(6)、高压泵(7)、多孔陶瓷复合膜管(10)、压力传感器(9)和毫伏表(13)，电解质溶液容器通过管路连接于稀释器(15)的出气端，电解质溶液容器上设有恒温器(14)、粘度计(5)和电导率仪(6)用于检测特定温度下电解质溶液容器中吸附了带电颗粒的电解液的粘度及电导率，多孔陶瓷复合膜管(10)通过高压泵(7)连接在电解质溶液容器下游的管路上，在多孔陶瓷复合膜管(10)的两端连接有压力传感器(9)和毫伏表(13)。 2.根据权利要求1所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，其特征在于，所述高压电源(3)使用输出负直流电压的高压电源。 3.根据权利要求1所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，其特征在于，在所述压力阀(2)和荷电凝并筒(19)之间布置有流量计(20)。 4.根据权利要求1所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，其特征在于，在所述柴油机排气粒径数目测量装置和Zeta电位测量装置之间设置有压力调节阀(4)。 5.根据权利要求1所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，其特征在于，所述多孔陶瓷复合膜管(10)的出液口设置有电解质溶液的收集装置(12)。 6.一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：启动柴油机，调节压力阀(2)将排气管中的气体流量控制在可测试范围内，柴油机排气颗粒经荷电凝并筒(19)处理后，通过颗粒物粒径分级采样装置(18)，在惯性冲击器(17)的作用下，对于不同粒径的排气颗粒进行分级捕集，将相同粒径dp的排气颗粒通入稀释器(15)，通过柴油机排气粒径谱仪(16)测量出相同粒径dp下颗粒的数目N； S2：稀释器(15)排出的相同粒径dp的排气颗粒经压力调节阀(4)以稳定流速通入电解质溶液中形成颗粒胶体溶液，利用恒温器(14)将溶液温度控制在测试温度； S3：利用多孔陶瓷复合膜管(10)，通过Zeta电位测量装置在线实时测量柴油机排气颗粒胶体溶液的电导率、粘度以及多孔陶瓷复合膜管(10)两端的压力差； S4：在荷电凝并装置不加电和加电时，通过Helmholtz-Smoluchowski公式计算相同粒径下排气颗粒群的Zeta电位值分别为ζ0N和ζ1N； S5:根据颗粒群的Zeta电位值和颗粒数目，通过公式可得不加电和加电情况下单个颗粒的Zeta电位ζ0和ζ1； S6：通过Gouy-Chapman公式计算颗粒表面的电荷密度σ； S7：假设柴油机颗粒为球形，通过公式得出颗粒带电量q； S8：根据颗粒带电量的计算公式，分别得出步骤S7所述不加电和加电时的电量q0和q1； S9：经荷电装置处理后的单个颗粒带电量为q1-q0。 7.根据权利要求6所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，其特征在于，步骤S4所述Helmholtz-Smoluchowski公式为其中ζ为颗粒群的Zeta电位，单位为mv；K0为设备的修正因子；εw为电解质溶液的相对介电常数；ε0为真空介电常数，ε0＝8.86×10-12C/(V×m)；k为电解质溶液电导率，单位为ms/cm；η为溶液粘度，单位为mpa·s；E为流动电位，单位为mv；ΔP为压力差，单位为kpa。 8.根据权利要求6所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，其特征在于，步骤S5所述单个颗粒Zeta电位的公式为 ζ0为不加电时单个颗粒的Zeta电位值，单位mv；ζ0N为不加电时排气颗粒群的Zeta电位值，单位为mv；ζ1为加电时单个颗粒的Zeta电位值，单位mv；ζ1N为加电时排气颗粒群的Zeta电位值，单位为mv；N为颗粒的数目。 9.根据权利要求6所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，其特征在于，步骤S6所述Gouy-Chapman公式为其中ζ为单个颗粒的Zeta电位，单位为mv；εw为电解质溶液的相对介电常数；ε0为真空介电常数，ε0＝8.86×10-12C/(V×m)；n为电解质溶液的摩尔浓度，单位为mol/L；e＝1.6×10-19C为基本电荷量；kB＝1.38×10-23J/K为玻尔兹曼常数；T为测试温度，单位为K。 10.根据权利要求6所述的测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，其特征在于，颗粒带电量q计算公式为 q＝4π(dp/2)2σ 其中dp为颗粒粒径，单位为nm。
所属类别：	发明专利