[实用新型]一种用于燃油发动机的空心体排气管

说明书

技术领域

本实用新型涉及小颗粒的积聚，尤其涉及在几何结构的驻波的排气管中的亚微颗粒的分组。 

技术背景

关于来自汽车排气管尤其是来自柴油机的排放颗粒存在很大的健康和环境问题。所具有的尺寸范围从纳米到微米的颗粒(简称为“亚微颗粒”)对健康和环境造成了危险。因为亚微颗粒尺寸小，所以更易于该亚微颗粒渗透过呼吸系统。此外，在空气中的更小尺寸颗粒的滞留时间更长得多。例如，在空气中的0.1微米的颗粒的滞留时间将比1微米的颗粒的长大约100倍。因此，亚微颗粒存在两倍的危险：(a)更长时间的曝光；以及(b)更易于渗透到肺。该危险在大量的学术论文以及US-EPA网站中描述。所发射的颗粒也危害到植被甚至是楼房和纪念碑的表面。术语“可吸入颗粒”在本文中与“亚微颗粒”可交替地使用。 

因此，以减少亚微颗粒数量为代价来提高颗粒的尺寸将降低由亚微颗粒所施加的对健康和环境造成的上述危险。本文所使用的术语“可过滤颗粒”指的是颗粒足够大，以使一般的有生命物体尤其是人类的呼吸器官能够过滤可过滤颗粒，从而防止可过滤颗粒进入到肺中。可过滤颗粒也相应于可以由机械过滤器所捕抓的颗粒。 

亚微颗粒的分组使更大尺寸的颗粒凝固和形成，从而降低亚微颗粒的数量。因此，具有将亚微颗粒分组成更大尺寸颗粒(优选地可过滤颗粒)的设备从而降低亚微颗粒(例如排放自诸如柴油机等的发动机的排气系统的亚微颗粒)的数量是需要且将是有利的。 

关于亚微颗粒的分组的数学分析(在《Aerosol and Air Quality  Research》中第6(1)卷第54-66页由D.Katoshevski于2006年撰写的《Characteristics of Spray Grouping/Non-Grouping Behavior》)被通过引用合并，用于所有的目的，正如本文所充分阐述的。该分析显示，当承载亚微颗粒的物体(诸如空气)的速度具有移动波的形状时，由这种波所承载的颗粒可以形成具有在特定范围内的参数的组。这种波存在于各种系统中，诸如在其中波是移动的海水中有颗粒的情况下，其在Winter，C.等人在《J.Geophysical Research(JGR)》的卷112、C08010，doi10.1029/2005JC003423，2007中所发表的《Grouping Dynamics of Suspended Matter in Tidal Channels》中描述，其通过引用被合并，用于所有的目的，正如本文所充分阐述的。 

实用新型内容

根据本实用新型的教导，提供了一种用于燃油发动机的空心体排气管，所述空心体具有内表面、外表面、第一敞开端部、第二敞开端部和纵向轴线，其中该内表面被成形以形成具有至少两个周期的驻周期波的几何结构。当包括可吸入颗粒的气体通过第一敞开端部进入排气管并且通过第二敞开端部流出排气管时，大量的吸入颗粒被分组以形成可过滤颗粒，同时流动到排气管的内侧，因此极大地增加了可过滤颗粒的数量并且极大地降低了可吸入颗粒的数量。通常，该纵向轴线水平地设置。在本实用新型的变型中，纵向轴线垂直地设置，其中第二敞开端部相对于第一敞开端部提升。在本实用新型的其他变型中，纵向轴线对角地设置，其中第二敞开端部相对于第一敞开端部提升。 

通常，排气管的横截面可以是圆形的、多边形的、椭圆的或其它形状。驻周期波包括窄的径向尺寸D_N和宽的径向尺寸D_W，其中窄的径 向尺寸D_N极大地小于宽的径向尺寸D_W，比值D_W/D_N直接地影响亚微颗粒的分组趋势。 

其中在排气管内侧的速度场U是驻波速度场，如以下所计算的： 

U＝U_a-U_bcos(kx)(sin(ωt)+C)， 

其中U_a是平均速度，C是常量，U_b是幅度，ω是波的角频率； 其中T是所述波周期，以及k是所述波数：其中L是所述波长，以及，其中所述常量C被选择以分别在D_W和D_N处获得最大速率和最小速率。 

其中如果归一化的速度场U*是：