[发明专利]对冲火焰碳烟收集装置与方法及碳烟体积分数测量方法

权利要求书

1.一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架(1)，其特征在于：还包括收集探针(2)、流量计(3)、真空泵(4)，所述收集探针(2)通过收集探针支架(5)与对冲燃烧器及其支架(1)相连，使收集探针(2)固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针(2)内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸(6)，所述收集探针(2)后端通过管道(7)与真空泵(4)连接，流量计(3)安装在所述收集探针(2)和真空泵(4)之间的管道上；

所述收集探针(2)包括探针前端(2.1)和探针后端(2.2)，所述探针前端(2.1)为外方内圆柱状套筒结构，所述探针后端(2.2)为减缩管，探针前端(2.1)中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，圆形套筒和方形套筒之间形成的空间中空与减缩管连通,所述中间圆形套筒前后两端的圆弧面上设有条形孔(8)，所述条形孔(8)水平设置，所述聚四氟乙烯滤纸(6)固定在条形孔内侧。

2.根据权利要求1所述的对冲火焰碳烟收集装置，其特征在于：所述收集探针(2)内部或探针表面设有冷却水管道(9)。

3.根据权利要求1或2所述的一种对冲火焰碳烟收集装置的碳烟收集和测量碳烟体积分数方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.用丙酮清洗剂或无水乙醇和蒸馏水清洗所述收集探针(2)，干燥收集探针(2)后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针(2)中，将收集探针(2)通过收集探针支架(5)与对冲燃烧器及其支架(1)相连，并且将收集探针(2)与所述真空泵(4)通过所述管道(7)相连；

S2.为燃烧器供气并点燃火焰，调整为所需研究的火焰工况，待火焰稳定后，启动真空泵(4)开始收集碳烟；

S3.火焰燃烧一段时间后，观察聚四氟乙烯滤纸(6)上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸(6)后关闭真空泵(4)，并且停止对燃烧器供气，待火焰熄灭后，取下聚四氟乙烯滤纸(6)；

S4.将聚四氟乙烯滤纸置于二氯甲烷溶液中，通过离心振荡的方式使碳烟颗粒从滤纸上脱离，再用台式离心机使碳烟固体颗粒物与溶液分层,其中离心管上层为二氯甲烷溶液，下层为碳烟颗粒,将上层溶液倒出，余下沉淀即为碳烟颗粒,将碳烟取出放置在样品瓶中，并做好标记；

S5.测量气体总体积V：在收集碳烟过程中，流量计测得的气体体积流量为Q，记录真空泵开启时间为t₀，关闭时间为t，则真空泵吸收的气体体积V＝Q×(t-t₀)；

S6.测定收集碳烟的总体积V_p；

S7.计算火焰中碳烟体积分数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在上述步骤S6中，测定收集碳烟的总体积V_p包括以下步骤：

S61.对收集到的碳烟颗粒进行称重，得到碳烟颗粒的总质量m；

S62.用粉末真密度测试仪测量碳烟颗粒的密度ρ；

S63.计算其总体积：V_p＝m/ρ。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：根据火焰中碳烟体积分数的定义计算火焰中的碳烟体积分数：f_V＝V_p/V。