[发明专利]一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置及方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及柴油机排气颗粒物荷电凝并领域，特别涉及一种测量柴油机单个颗粒带电量的装置及方法。

背景技术

荷电凝并技术是对放电电极施加高压电，从而在狭小的局部区域产生极强的电场，气体介质可以在电场中发生局部自持放电。颗粒通过与带电粒子的碰撞吸附等物理现象被荷以电荷。颗粒带电后，碰撞凝并成较大的颗粒物，从而在一定程度上降低了柴油机排气中的微纳米颗粒的数量。

柴油机颗粒在电场中进行荷电时，颗粒带电量的大小直接影响其运动、碰撞、凝并等环节。为了进一步对荷电后的柴油机颗粒进行动力学分析，对其运动及凝并过程进行深入研究，需要探究柴油机颗粒在电晕放电条件下的荷电特性。目前广泛使用的测量颗粒带电量的装置为法拉第筒，然而法拉第筒只能够测量颗粒所带的总带电量，无法测量出柴油机单个颗粒的带电量，对于颗粒的荷电性能无法进行正确评估，因此不能对柴油机颗粒荷电凝并过程的改善提供基础数据和技术支持。

发明内容

本发明提供了一种测量柴油机单个排气颗粒的带电量的装置及方法，以克服现有测试方法无法测量单个颗粒带电量的缺点。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种测量柴油机单个排气颗粒带电量的装置，包括依次串联在柴油机排气管路上的压力阀、荷电凝并装置，以及设在荷电凝并装置后的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的荷电凝并筒；

所述颗粒物分级采样系统包括串联在荷电凝并筒出气管路上的带有惯性冲击器的颗粒物粒径分级采样装置；

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的出气端管路中的稀释器和并联在稀释器上的排气粒径谱仪；

所述Zeta电位测量装置包括电解质溶液容器、粘度计、电导率仪、高压泵、多孔陶瓷复合膜管、压力传感器、毫伏表和电解质溶液收集装置，电解质溶液容器通过管路连接于稀释器管路末端，电解质溶液容器上设有恒温器、粘度计和电导率仪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，多孔陶瓷复合膜管通过高压泵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的两端连接有压力传感器和毫伏表。

进一步地，所述高压电源使用输出负直流电压的高压电源。

进一步地，在所述压力阀和荷电凝并筒之间布置有流量计。

进一步地，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。

进一步地，所述多孔陶瓷复合膜管的出液口设置有电解质溶液的收集装置。

测量柴油机单个排气颗粒带电量的方法，包括以下步骤：

S1：启动柴油机，调节压力阀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装置处理后，通过颗粒物粒径分级采样装置，在惯性冲击器的作用下，对于不同颗粒粒径的颗粒进行分级捕集。将相同粒径d_p的排气颗粒通入稀释器，通过柴油机排气粒径谱仪测量出相同粒径d_p下颗粒的数目N；