一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统及试验方法，包括EGR冷却器、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；EGR进气管和EGR出气管之间连接取样管，取样管上通过颗粒分析仪三通阀连接颗粒分析仪；EGR进气管上，靠近进气口处设置有进气温度传感器和进气压力传感器；EGR出气管上靠近出气口处设置有出气温度传感器和出气压力传感器；EGR冷却器设置有多组结构相同的用于收集沉积颗粒物的取样片，每组取样片包括沿换热管周向设置的偶数个取样，取样片两两相对设置；冷却液流动方向垂直于气流方向，同时垂直于每组取样片中相对设置的两个取样片；本发明专利技术用于分析颗粒物在EGR冷却器前端和后端的粒径分布，还可用于重力场对颗粒在冷却器内沉积行为影响的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统及试验方法
本专利技术涉及内燃机废气再循环冷却器沉积领域，具体涉及一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统及试验方法。
技术介绍
随着能源与环境问题的日益严峻，节能减排成为当今世界的主题；对于内燃机行业来说迫切需要研究各种先进技术来解决燃油问题和排放问题；为此，研究人员提出了废气再循环技术；随着排放标准和人们对油耗要求的日益严格，传统的EGR技术已经不能满足人们的需求；EGR中冷技术成为新的突破点，它能有效降低柴油机的NOx和PM排放，同时对汽油机的油耗也有益；然而，采用EGR中冷技术不可避免的问题是冷却器的积碳问题；冷却器积碳后会使冷却器的换热效率降低、压降增加，对中冷器的使用非常不利；造成EGR中冷器积碳的因素有很多，如热泳现象，颗粒物的自由扩散、静电场对颗粒物的作用；HC、H2O(g)的凝结、重力场的作用等；为明确EGR冷却器积碳的机理，研究重力场对颗粒物在EGR冷却器内的沉积行为的影响十分必要；对于缓解EGR冷却器积碳问题和开发EGR冷却器再生技术也很有价值；但是现在还没有专门用于此项研究的试验系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够研究重力场对颗粒在废气再循环冷却器内沉积行为的影响的试验系统和试验方法。本专利技术采用的技术方案是：一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统，包括EGR冷却器、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；EGR冷却器的进气口通过EGR进气管连接发动机排气总管，EGR进气管上设置有EGR阀；EGR冷却器出气口连接EGR出气管；冷却液恒温系统通过冷却液进水管连接EGR冷却器的冷却液进水口，通过冷却液出水管连接EGR冷却器的冷却液出水口；EGR进气管和EGR出气管之间连接取样管，取样管上通过颗粒分析仪三通阀连接颗粒分析仪；发动机排气总管和EGR进气管通过三通均废气管，废气管上设置有放气阀。EGR进气管上，靠近进气口处设置有进气温度传感器和进气压力传感器；EGR出气管上靠近出气口处设置有出气温度传感器和出气压力传感器；冷却液进水管上设置有冷却水泵和进水温度传感器，冷却液出水管上设置有出水温度传感器；EGR出气管上，取样管之后依次设置有流量计和背压阀；EGR冷却器设置有多组结构相同的用于收集沉积颗粒物的取样片，每组取样片包括沿换热管周向设置的偶数个取样，取样片两两相对设置；冷却液流动方向垂直于气流方向，同时垂直于每组取样片中相对设置的两个取样片；换热管一端连接EGR进气管，另一端连接EGR出气管。进一步的，所述换热管为立方体结构，每组取样片包括四个取样片，四个取样片分别设置在换热管的四个面上；取样片通过取样片压板固定设置在换热管上，取样片和取样片压板之间设置有取样片垫片。进一步的，所述换热管外套设冷却水套；冷却水套靠近进气口一端设置有进气端盖，靠近出气口一端设置有出气端盖；进气端盖和进气口之间设置有进气端压板，进气端压板和进气端盖之间设置有进气端密封垫片，进气端压板和进气口之间设置有进气端安装垫片；进气端盖和冷却水套之间设置有进气端盖垫片；进气口和换热管之间设置有换热管进气垫片；冷却水套和出气端盖之间设置有出气端盖垫片；出气端盖和换热管之间设置有换热管出气端垫片，出气端盖和出气口之间设置有冷却器出气端安装垫片。进一步的，所述取样管通过第一安装座与EGR进气管连接，通过第二安装座与EGR出气管连接；进气温度传感器通过进气温度传感器安装座设置在EGR进气管上；进气压力传感器通过进气压力传感器安装座设置在EGR进气管上；出气温度传感器通过出气温度传感器安装座设置在EGR出气管上；出气压力传感器通过出气压力传感器安装座设置在EGR出气管上。进一步的，所述颗粒分析仪、进气温度传感器、进气压力传感器、出气温度传感器、出气压力传感器、流量计、进水温度传感器、水温度传感器均连接控制装置，控制装置接收其所测信号；控制装置还连接冷却液恒温系统、背压阀和冷却水泵，控制装置根据测量得到的信号，向冷却液恒温系统、背压阀和冷却水泵发送指令；控制装置还连接显示器一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验方法，包括以下步骤：步骤1：换热管水平放置，打开冷却水泵、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；打开EGR阀、背压阀和流量计，起动发动机；步骤2：通过EGR阀将进气口流量调节至设定值，通过背压阀将压力调节至设定值，通过冷却液恒温系统调整进气口处温度处于设定值；步骤3：调整颗粒分析仪三通阀，通过颗粒分析仪采集当前EGR冷却器前端颗粒物粒径浓度，储存数据；调整颗粒分析仪三通阀，通过颗粒分析仪采集当前EGR冷却器后端颗粒物粒径浓度，储存数据；步骤4：每隔一定时间重复步骤2-步骤3，直到得到所需数据；关闭发动机、EGR阀、背压阀、流量计；关闭冷却水泵、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；步骤5：取下取样片，记录每组取样片中垂直于冷却液流动方向相对设置的两个取样片的重量差Δm；若Δm的绝对值在设定阈值范围内则认为重力对颗粒物沉积质量无影响，否则则认为重力对颗粒物沉积质量有影响。一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验方法，包括以下步骤：步骤1：换热管竖直放置，将进气口置于上端；打开冷却水泵、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；打开EGR阀、背压阀和流量计，起动发动机；步骤2：通过EGR阀将进气口流量调节至设定值，通过背压阀将压力调节至设定值，通过冷却液恒温系统调整进气口处温度处于设定值；步骤3：调整颗粒分析仪三通阀，通过颗粒分析仪采集当前EGR冷却器前端颗粒物粒径浓度，储存数据；调整颗粒分析仪三通阀，通过颗粒分析仪采集当前EGR冷却器后端颗粒物粒径浓度，储存数据；步骤4：每隔一定时间重复步骤2-步骤3，直到得到所需数据；关闭发动机、EGR阀、背压阀、流量计；关闭冷却水泵、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；步骤5：取下取样片，记录每片取样片的重量；步骤6：换热管竖直放置，将进气口置于下端；打开冷却水泵、冷却液恒温系统和颗粒分析仪；打开EGR阀、背压阀、放气阀和流量计，起动发动机；步骤7：重复步骤2-步骤5，记录此状态下每片取样片的重量；步骤8：计算步骤5和步骤7记录的相同位置取样片的重量差Δm；若Δm的绝对值在设定阈值范围内则认为重力对颗粒物沉积质量无影响，否则则认为重力对颗粒物沉积质量有影响。进一步的，还包括以下步骤：获取每组取样片中垂直于冷却液流动方向相对设置的两个取样片的扫描电镜图，根据扫描电镜图得到颗粒物沉积的微观结构。进一步的，还包括以下步骤：获取步骤5和步骤7中相同位置取样片的扫描电镜图，根据扫描电镜图得到颗粒物沉积的微观结构。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术能够用于分析颗粒物在EGR冷却器前端和后端的粒径分布情况，并且通过改变EGR冷却器的放置情况研究重力场对颗粒在废气再循环冷却器内沉积行为的影响；(2)本专利技术EGR冷却器中密封性好，可有效防止冷却液的泄露；(3)本专利技术可研究重力对颗粒物沿气流方向分布规律，并且通过SEM图可得到换热管周向不同位置的沉积层的微观结构。附图说明图1为本专利技术试验系统结构示意图。图2为本专利技术中EGR冷却器的结构示意图。图3为本专利技术控制装置连接关系示意图。图4为本专利技术中EGR冷却器横向设置时气流方向与重力方向的关系。图5为本专利技术中EGR冷却器竖向设置时气流方向与重力方向的关系。图中：1-发动机排本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统，其特征在于，包括EGR冷却器(5)、冷却液恒温系统(15)和颗粒分析仪(6)；EGR冷却器(5)的进气口(501)通过EGR进气管(3)连接发动机排气总管(1)，EGR进气管(3)上设置有EGR阀(2)；EGR冷却器(5)出气口(508)连接EGR出气管(8)；冷却液恒温系统(15)通过冷却液进水管(17)连接EGR冷却器(5)的冷却液进水口(506)，通过冷却液出水管(14)连接EGR冷却器(5)的冷却液出水口(513)；EGR进气管(3)和EGR出气管(8)之间连接取样管(4)，取样管(4)上通过颗粒分析仪三通阀(7)连接颗粒分析仪(7)；发动机排气总管(1)和EGR进气管(3)通过三通均废气管(21)，废气管(21)上设置有放气阀(22)；EGR进气管(3)上，靠近进气口(501)处设置有进气温度传感器(19)和进气压力传感器(20)；EGR出气管(8)上靠近出气口(508)处设置有出气温度传感器(12)和出气压力传感器(11)；冷却液进水管(17)上设置有冷却水泵(16)和进水温度传感器(18)，冷却液出水管(14)上设置有出水温度传感器(13)；EGR出气管(8)上，取样管(4)之后依次设置有流量计(9)和背压阀(10)；EGR冷却器(5)设置有多组结构相同的用于收集沉积颗粒物的取样片(516)，每组取样片包括沿换热管(512)周向设置的偶数个取样片(516)，取样片(516)两两相对设置；冷却液流动方向垂直于气流方向，同时垂直于每组取样片中相对设置的两个取样片(516)；换热管(512)一端连接EGR进气管(3)，另一端连接EGR出气管(8)。...

【技术特征摘要】
1.一种研究重力场对颗粒沉积影响的试验系统，其特征在于，包括EGR冷却器(5)、冷却液恒温系统(15)和颗粒分析仪(6)；EGR冷却器(5)的进气口(501)通过EGR进气管(3)连接发动机排气总管(1)，EGR进气管(3)上设置有EGR阀(2)；EGR冷却器(5)出气口(508)连接EGR出气管(8)；冷却液恒温系统(15)通过冷却液进水管(17)连接EGR冷却器(5)的冷却液进水口(506)，通过冷却液出水管(14)连接EGR冷却器(5)的冷却液出水口(513)；EGR进气管(3)和EGR出气管(8)之间连接取样管(4)，取样管(4)上通过颗粒分析仪三通阀(7)连接颗粒分析仪(7)；发动机排气总管(1)和EGR进气管(3)通过三通均废气管(21)，废气管(21)上设置有放气阀(22)；EGR进气管(3)上，靠近进气口(501)处设置有进气温度传感器(19)和进气压力传感器(20)；EGR出气管(8)上靠近出气口(508)处设置有出气温度传感器(12)和出气压力传感器(11)；冷却液进水管(17)上设置有冷却水泵(16)和进水温度传感器(18)，冷却液出水管(14)上设置有出水温度传感器(13)；EGR出气管(8)上，取样管(4)之后依次设置有流量计(9)和背压阀(10)；EGR冷却器(5)设置有多组结构相同的用于收集沉积颗粒物的取样片(516)，每组取样片包括沿换热管(512)周向设置的偶数个取样片(516)，取样片(516)两两相对设置；冷却液流动方向垂直于气流方向，同时垂直于每组取样片中相对设置的两个取样片(516)；换热管(512)一端连接EGR进气管(3)，另一端连接EGR出气管(8)。2.根据权利要求1所述的一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验系统，其特征在于，所述换热管(512)为立方体结构，每组取样片(516)包括四个取样片(516)，四个取样片(516)分别设置在换热管(512)的四个面上；取样片(516)通过取样片压板(514)固定设置在换热管(512)上，取样片(516)和取样片压板(514)之间设置有取样片垫片(515)。3.根据权利要求1所述的一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验系统，其特征在于，所述换热管(512)外套设冷却水套(505)；冷却水套(505)靠近进气口(501)一端设置有进气端盖(503)，靠近出气口(508)一端设置有出气端盖(507)；进气端盖(503)和进气口(501)之间设置有进气端压板(502)，进气端压板(502)和进气端盖(503)之间设置有进气端密封垫片(517)，进气端压板(502)和进气口(501)之间设置有进气端安装垫片(519)；进气端盖(503)和冷却水套(505)之间设置有进气端盖垫片(504)；进气口(501)和换热管(512)之间设置有换热管进气垫片(518)；冷却水套(505)和出气端盖(507)之间设置有出气端盖垫片(511)；出气端盖(507)和换热管(512)之间设置有换热管出气端垫片(510)，出气端盖(507)和出气口(508)之间设置有冷却器出气端安装垫片(509)。4.根据权利要求1所述的一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验系统，其特征在于，所述取样管(5)通过第一安装座(401)与EGR进气管(3)连接，通过第二安装座(402)与EGR出气管(8)连接；进气温度传感器(19)通过进气温度传感器安装座(191)设置在EGR进气管(3)上；进气压力传感器(20)通过进气压力传感器安装座(201)设置在EGR进气管(3)上；出气温度传感器(12)通过出气温度传感器安装座(121)设置在EGR出气管(8)上；出气压力传感器(11)通过出气压力传感器安装座(111)设置在EGR出气管(8)上。5.根据权利要求1所述的一种研究重力场对颗粒物沉积影响的试验系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦会，张洪川，杜德峰，李均同，张洵，田维，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51