[发明专利]高压燃烧碳黑颗粒浓度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒浓度测量技术领域，尤其涉及一种测量高压条件下燃烧碳黑颗粒浓度的测量装置及测量方法。

背景技术

燃烧广泛应用于能源生产、火力发电、家庭取暖、交通运输、航空推进以及材料加工等领域中。同时航天运载工具以及各种高性能、低污染、大流强、小尺寸燃烧装置的发展，对燃烧过程的研究提出了越来越高的要求。燃烧状态的不稳定会导致燃烧室热效率下降，污染物增加等。在极端情况下，还可能引起灭火，甚至诱发燃烧室爆炸，造成事故。因此对燃烧过程需要进行切实有效的诊断和监测。提高燃烧过程检测诊断信号的准确性、实时性，消除潜在的危险、增加燃烧效率，是目前急需解决的实际问题。由于燃烧室中的燃烧具有高温、强湍流等特点，使得燃烧过程的测量，特别是对实际燃烧过程的诊断方法还存在许多问题迫切需要解决，所以深入研究燃烧诊断技术，加强对燃烧过程中碳黑颗粒浓度、粒径等燃烧参数方面的分析研究，对提高燃烧效率、合理利用燃烧能量、开发高效低污染燃烧技术，设计新型发动机等方面都具有重要的实际意义。燃烧过程中的碳黑颗粒浓度、粒径分布等与燃烧状态、效率等有着密切的关系，在实时判别和分析燃烧过程中起着重要的作用。

燃烧诊断技术按测量原理分类，可将测量方法分为接触式和非接触式测量两大类。接触法得到的是某个局部位置的信号，且大多数接触式测试装置在测量时会有可能破坏和干扰燃烧流场，因此，接触式测量方法的应用场合受到限制。非接触式测量方法分为两种，一是通过测量燃烧介质的热力学参数，分析燃烧特性，但由于燃烧气体的热力学性质很难用理想气体进行简单描述，使此方面的研究有许多局限性；另一种是采用光学法进行测量，这种测量方法在不破坏被测燃烧流场的同时，能够及时响应燃烧火焰的脉动。并得到速度、温度、燃烧颗粒浓度及其尺寸分布等燃烧参数。光学测量法响应快、空间鉴别率高，因此光学诊断燃烧技术日益成为测量燃烧的重要手段。碳黑颗粒是由于燃料的不充分燃烧而形成的，可以看成由数个直径约30-60nm、具有复折射率的球形颗粒组成，光散射法测量燃烧碳黑颗粒是基于光散射原理，根据激光透过碳黑颗粒后散射光强度在空间分布、散射光的偏振度、以及透射光强度相对于入射光的衰减等，分析碳黑颗粒的粒径、浓度等参数。

专利号为200710046526.3、发明名称为对离散状态颗粒粒度分布测量的方法及其装置的中国发明专利涉及一种采用超声测量技术对颗粒粒度分布进行非接触式测量的装置及方法，该测量装置包括计算机、连接计算机的信号处理电路、连接信号处理电路的脉冲波发射/接收电路、连接脉冲波发射/接收电路的宽带换能器，换能器设于测试板外侧，发射电路发出脉冲电信号，经触发换能器发出声波，超声波在测试板壁面多次反射后再由换能器接收，经过信号处理电路的信号放大、高速模数转换传输给计算机处理，由计算机计算出样品颗粒中复生特性阻抗，根据声特性阻抗谱计算得出颗粒粒度分布及浓度。专利号为200710046525.9、发明名称为颗粒粒度、浓度和密度测量方法及其装置的中国发明专利涉及一种基于反射式超声信号测量和分析的计算模式，将信号作快速傅立叶变换获得超声幅值相位谱，换算得反射系数、声特性阻抗、声衰减系数和声速，由测量值能计算得混合物密度，由已知的颗粒物和连续介质密度计算得浓度值；再由直接反射波和透射回波作频谱分析得到的声衰减谱和理论声衰减谱的误差作为目标函数，计算得到颗粒粒度分布。前述两种装置及方法均为利用超声信号对颗粒浓度进行间接测量的方法，但是只适用于对高浓度、高衰减的悬浊液或乳剂形式的样品进行检测，适用范围小。

专利号为200710042874.3、发明名称为透过率相关频谱法颗粒测量方法及其装置的中国发明专利涉及一种采用透过率相关频谱法测量颗粒的方法及装置，其是利用颗粒在窄光束照射下透过率信号的脉动特性，由激光器发出两束平行的窄光束，光电探测器测量颗粒测量区的透射脉动信号，对透过率脉动信号作相关处理，由此得到颗粒的速度、颗粒的粒度分布和颗粒浓度信息。专利号为200710042873.9、发明名称为透过率脉动法颗粒测量方法及其装置的中国发明专利涉及一种透过率脉动法颗粒测量方法及装置，利用窄光束照射到流过的颗粒产生透过率脉动信号，通过光电探测器检测并采用模拟电路处理信号，测量颗粒。前述两种装置及方法均采用光信号的动态特性对颗粒浓度进行测量，步骤繁琐，仪器结构复杂。