测定灰粒特性的方法技术

一种测定燃烧过程的灰粒特性的方法，其利用测定滤纸的黑化来实现。为了在这种方法中以简单的方式获得粒子尺寸以及可能的其它特性参数的快速和相对准确的测定，这种方法附加地提供滤纸上压力状况的测定。为此，优选地测定在过滤器和／或滤纸上由粒子沉积造成的压差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过测定滤纸的黑化确定燃烧过程的灰粒特性的方法。目前的烟雾测量仪通过粒子在滤纸上的沉积确定黑化值(过滤烟雾数，(FSN))或烟灰排放，单位mg/m3。由于能够改变抽吸长度或抽吸时间，在这种方法的范围里，测量范围能够在一个非常宽的界限内变化。测量值的范围近似地从0.001到10FSN，相当于大约0.015至30000mg/m3的测量浓度值。但是，测量排放粒子的尺寸相当耗时或者需要相当复杂和部分地也非常昂贵的设备来实施。这种设备的实例包括冲击器，然而它们具有测量时间长和需要将聚集的粒子称重的缺点，电子低压冲击器(ELPI)，一种具有动态测量的低压冲击器类型，其它的粒子流动性分析器，例如扫描流动性粒度分级器(SMPS)或双差式流动性粒度分级器(DDMPS)等。目前，粒子的成分仅能通过使用不同溶剂如二氯甲烷的化学萃取的方法，或者通过热重分析方法-即通过加热试样的方法来确定。为此，粒子都必须用一确定的过滤器收集、称重和根据上述方法中的一种方法，包括过滤处理之后对过滤器进行称重而进行分析。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够简便、快捷并且相对准确地测量粒子的尺寸以及能测量其它参数的方法。为实现这一目的，本专利技术方法的特征在于附加地确定在滤纸上的压力状况。惊奇地发现，通过测定滤纸上的压降和纸黑化PS值和/或特定过滤器负载FB值(指所用过滤器的每横截面上的重量，mg/m2)，或者基于这些参数的函数关系，可以确定平均粒子直径。也可以粗略地确定粒子的特性(固体或液体)，或设定一定分布函数，从而还可以确定粒子数量粗略的近似值。为了这一目的，优选地确定由于粒子的沉积而产生于过滤器或者过滤纸上的压差。根据本专利技术优选的实施方式设计为该压差进行整体测量。然而，可选择地，也可以通过单位时间的分解来确定压差。为了能够将对一宽范围粒子浓度的测量持续时间保持在一定范围内，优选地设计为过滤器表面的入流速度在1到200厘米/秒的范围内，优选在5到50厘米/秒的范围内。特别对于很小的浓度，例如50微克/m3或更少的烟灰的排放，为了实现在几秒至几分钟的时间里获得测量值，则需要更高的流入速度。高浓度时减小入流速度至下限，可能导致更好的选择性。在本专利技术的第一个实施方案中，测定在过滤器之前或之后的绝对压力。另一方面，也可以设计测定在过滤器之前和之后相对于环境空气压力的压力，或者通过过滤器的压差以及环境空气的绝对压力测定。为了能够将气体流动的全部参数恰当考虑用于测量，根据本专利技术的进一步特征，设计为测定接近过滤器表面的温度。优选地以这样一种方式进行这一方法，即保持过滤器温度和/或测量装置的内部温度为常数。在此，过滤器优选保持在50至190℃范围内，优选在60至70℃之间的恒温。本专利技术另外的优选实施方案设置成负载有粒子的测量气体的温度调节到与过滤器和/或测量装置的内部温度相同的温度。按照本专利技术的方法的另一个优选实施方式，确定在负载粒子中气体的测量时的轴，吸长度相对于在超纯空气中对干净纸测量的抽吸长度的变化，其中对应值总是基于相同框架条件。优选地，根据本专利技术的方法设计为，测量至少在一个预置的压差值下在滤纸上实施。在优选的实施方案中这些预设的压差阈值在0到300毫巴的范围内，优选在25至200毫巴的范围内。代替预先提供一特定压差，也可以设计为，测量在过滤器之后以至少一个预设负压值进行。其后的术语“负压”表示低于环境压力的压力值。在这种情况下，这些预设的负压阈值在50至450毫巴的范围内，优选在50至300毫巴的范围内。根据本专利技术的另一个优选实施方案，测量在至少两个不同的抽吸长度下实施。也可以设计为，至少在两个不同的压差和/或负压下测量。优选地，也可以实现一个方法变体，其中测定随过滤器负载持续时间的滤纸上压差变化和/或滤纸后的负压变化和测定在过滤器负载结束时测定的过滤器负载量值。本专利技术将通过实施例在后面进行更详细地说明。在附图中提供了用于解释附图的图表。这样，附附图说明图1示出了过滤器负载和平均粒子尺寸之间的关系；附图2是表示在不同的压力下粒子直径与被测过滤器负载的相关性的图表；附图3表示不同粒子尺寸时，过滤器上的负压和被测的纸黑化度之间的关系；图4中的图表在以mg/m2表示的过滤器负载量FB的关系方面相应于图3，图5表示抽吸长度变化和粒子直径之间的关系；图6的图表表示在滤纸上不同压差时过滤器表面的负载量；图7是典型的粒子尺寸分布图表。图1对于一个在滤纸后固定预设的100毫巴的负压阈值和基于预设初始值，示出了粒子直径(单位nm)和过滤器负载量(单位mg/m2)之间的关系。稀释和未稀释粒子的测量术语“未稀释粒子”指的是正如在发动机的燃烧过程中生成的形式和浓度的粒子；而必要时，可通过与纯空气或者纯惰性气体混合，而导致浓度的稀释，这称作“稀释粒子”。稀释的结果经常是，为了测量目的在预设的采样位置取得的平均粒子直径比未稀释的要小，这也由图1的图表中示出。实际上，稀释将阻止直径典型约为10到20nm的在燃烧过程中生成的初级粒子的凝聚；这种凝聚过程否则的话发生在粒子至采样位置以及然后到测量元件的路线上。在这种情况下，只要直到一由气体流动自身产生的一定初始负压开始—由于滤纸上粒子的沉积达到100毫巴负压升高，测量完全是自动进行的，然后测量滤纸的黑化度(＝纸黑化)；从而，从总的抽吸体积或抽吸长度，计算被“烟灰”的过滤器负载量，以mg/m2计。测量值由CAST粒子发生器获得。粒子的碳含量很大，接近粒子总量的70％(通过二氯甲烷萃取法测量)，和＞85％相应于用热重分析法。粒子的直径(未稀释)产生于SMPS(扫描流动性粒度分级器)数据，稀释的值由相似比较测量在稀释/未稀释(用DDMPS)的基础上外推出。附图2表示用于滤纸上不同压差阈值的等价关系。这些点是由通过对滤纸上不同压降下的实际测量数据进行内推的方法计算的点。该数据利用烟雾测量仪415S测定。表述的参数“压差”是由沉积粒子造成的滤纸上的压降。取决于入流速率，一方面，滤纸上的一定比例的压降是由滤纸的流阻造成的，另一方面，是由沉积粒子造成的。随着入流速率的增加，压降变得越高(平方效果)，而此外也沉积越多的粒子料，导致能快速地获得相应的大信号。所测的总压降由在过滤器上的测量气体自身的恒压降、沉积于其上的粒子的数量和堆积密度、被测气体的密度和入流速度决定。在恒量负载下，压差在此也是恒定的。图1和图2中的曲线和相关性用于表明单模式粒子尺寸的分布(典型对数正态分布)，烟灰/固体物质部分大于约30％至100％。但是，这些相关性也可以通过烟雾测量仪的其它测量值获得，该事实将在下面解释的不同实施例和评估方法中展示。纸的黑化(PS)和过滤器负载量(FB)的相关性是通过下面的关系式表示的过滤器负载量FB＝＝PS*5.32*EXP(0.3062*PS) 对于PS小于8的情况 (1)＝PS*2.015*EXP(0.4264*PS)*(1+7.8*((PS-8)/2)^10)对于PS大于8的情况PS＝10表示纸的完全黑化(反射率＝0％)；PS＝0表示白色、非黑化纸(反射率＝100％)。图3的图表中所示的这些函数表示了压力变化和纸的黑化PS以及由此FB的相关性；其中粒子尺寸和粒子类型(HC)作为参数表明。图4中的图表相应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过测定滤纸的黑化来测定燃烧过程的灰粒特性的方法，其中，还测定滤纸上的压力状况。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里希席费尔，
申请(专利权)人：AVL里斯脱有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]