[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

说明书

本发明公开了一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架，还包括收集探针、流量计、真空泵，所述收集探针通过收集探针支架与对冲燃烧器及其支架相连，使收集探针固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸，所述收集探针后端通过管道与真空泵连接，流量计安装在所述收集探针和真空泵之间的管道上。基于上述碳烟收集装置提供了一种对冲火焰碳烟收集方法及一种碳烟体积分数测量方法。本发明提供了一种成本低廉、工艺简单的对冲火焰碳烟的收集装置与方法，并且保证收集的碳烟不受污染，是良好的微观研究样品，并提供一种简单易操作的碳烟体积分数测量方法。

技术领域

本发明涉及碳烟收集技术领域，具体涉及一种对冲火焰碳烟收集装置与方法及一种碳烟体积分数测量方法。

背景技术

众所周知，不完全燃烧碳氢化合物燃料所产生的碳烟对大气环境和人体健康都存在十分不利的影响。并且碳烟的存在也表明了燃烧装置的热损失。因此，开发控制碳烟排放的新技术是十分重要的，这就需要对碳烟的形成机理有最基本的认识。

碳烟的形成是燃烧过程中最复杂的过程之一，涉及燃烧化学、流体动力学、传热传质、粒子动力学之间的复杂相互作用。复杂的过程阻碍了碳烟的形成机理的研究，因此研究者们开发出了实验室级的层流火焰，简化了火焰中的流场，使得碳烟的形成机理更直观。对冲火焰就是用于研究碳烟的形成机理的火焰之一。由于对冲火焰的流场简单，因此能更直接地研究碳烟的形成过程。

为了更进一步研究碳烟的形成机理和性质，需要对碳烟取样进行微观研究。而有些微观研究方法，如热重分析(TGA)、拉曼光谱分析等均需要较大量的样品进行分析。另外，碳烟体积分数是火焰研究中的一个重要参数，通常均用光学诊断技术进行测量，测量设备成本高昂，因此，本发明还基于收集装置提供了一种测量对冲火焰碳烟体积分数的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对冲火焰碳烟收集装置与方法及一种碳烟体积分数测量方法，目的在于提供一种成本低廉、工艺简单的对冲火焰碳烟的收集装置与方法，并且保证收集的碳烟不受污染，是良好的微观研究样品，并提供一种简单易操作的碳烟体积分数测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对冲火焰碳烟收集装置，包括对冲燃烧器及其支架，还包括收集探针、流量计、真空泵，所述收集探针通过收集探针支架与对冲燃烧器及其支架相连，使收集探针固定在对冲火焰燃烧器周围，所述收集探针内设有用来收集碳烟的聚四氟乙烯滤纸，所述收集探针后端通过管道与真空泵连接，流量计安装在所述收集探针和真空泵之间的管道上。

进一步，所述收集探针包括探针前端和探针后端，所述探针前端为外方内圆柱状套筒结构，所述探针后端为减缩管，探针前端中间圆形套筒安装在对冲火焰燃烧器周围，圆形套筒和方向套筒之间形成的空间中空与渐缩管连通,所述中间圆形套筒前后两端的圆弧面上设有条形孔，所述条形孔水平设置，所述聚四氟乙烯滤纸固定在条形孔内侧。

进一步，所述收集探针内部或探针表面设有冷却水管道。

一种对冲火焰碳烟收集方法，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，干燥收集探针后将聚四氟乙烯滤纸用粘合剂固定于收集探针中，将收集探针安装在探针固定架上，并且将所述收集探针与所述真空泵通过所述管道相连；

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上吸附碳烟的量，碳烟覆盖聚四氟乙烯滤纸后关闭真空泵，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。