Установка для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах Российский патент 2024 года по МПК G01N7/06 F01N11/00 

Изобретение относится к лабораторным установкам и предназначено для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах.

Техническим результатом работы установки является график зависимости массы твердых частиц углерода, подвергшихся термическому разложению, от напряжения на нити накаливания дожигателя, что позволит оценить эффективность устройств, используемых для снижения выбросов вредных компонентов выхлопных газов автомобилей в атмосферу.

В качестве аналогов рассмотрены следующие установки:

1) оборудование для определения группы горючести пылей, описанное в разделе 21 ГОСТ 12.1.044-2018. Включает в себя муфельную электропечь с контролем температуры в рабочем пространстве, позволяющую создавать температуру до (900±10)°С; контейнер для размещения образца исследуемого вещества; смотровое зеркало для наблюдения за образцом; секундомер класса точности 3; весы лабораторные общего назначения класса точности 2.

Недостатком муфельной печи является высокая инерционность, что не позволяет исследовать процессы дожигания сажевых частиц в выхлопных газах.

2) прибор для определения температуры вспышки по методу Кливленда в открытом тигле (Simas. Лабораторное оборудование. Прибор для определения температуры вспышки по методу Кливленда в открытом тигле. Режим доступа: http://www.simas.ru/work/specneft/flashpoint/klivlend.html. Дата обращения: 30.08.2022). Состоит из аппликатора пламени, бронзового испытательного тигля, держателя термометра, нагревательной плитки и электрического нагревателя. Аппликатор пламени точно ориентирован в соответствии с требованиями и поворачивается для выпуска пламени через заданные интервалы времени. Держатель термометра с петлями поднимается для облегченной установки и извлечения испытательного тигля. Снабжен нихромовым нагревателем 1000 Вт. Сущность метода заключается в нагревании пробы нефтепродукта в открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет вспышка паров (температура вспышки) нефтепродукта над его поверхностью от зажигательного устройства и пока при дальнейшем нагревании не произойдет загорание продукта (температура воспламенения) с продолжительностью горения не менее 5 с.

Недостатком прибора является невозможность исследования процессов дожигания твердых веществ (сажевых частиц).

В качестве прототипа выбрана установка для определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей, описанная в разделе 39.2 ГОСТ 12.1.044-2018. Включает в себя виброситовой распылитель, обеспечивающий создание пылевого облака, электроды искрового источника зажигания, регулятор межэлектродного расстояния. В ходе испытания создают пылевоздушную смесь, обеспечивают периодичное инициирование искрового разряда, фиксируют факты воспламенения пылевоздушной смеси.

Недостатком установки является невозможность определения массы сгоревших пылевых частиц в результате воспламенения.

Описание изобретения и порядок работы

Установка для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах, состоит из реакционной камеры 1, оборудованной газоанализатором 2 и манометром 3. В реакционной камере расположен конусообразный рассекатель 5, который служит для направления взвеси сажевых частиц на нить накаливания 4. Напряжение на нить накаливания 4 подают от источника питания 9. В нижней части реакционной камеры расположены мелкоячеистая сетка 8, на которой размещают навеску сажевых частиц 10, обратный клапан 7 и патрубок 6 для подачи воздуха 11.

Порядок работы

Навеску изготовляют путем измельчения твердых частиц углерода в ступке. Для определения среднего размера частиц используют микроскоп. Определяют массу навески с помощью электронных весов и помещают ее на мелкоячеистую сетку 8.

Подают заданное напряжение на нить накаливания 4, затем осуществляют импульсную подачу воздуха 11 в реакционную камеру 1 для взвихрения навески 10 и распределения сажевых частиц по объему камеры. Конусообразный рассекатель 5 служит для направления потока сажевой взвеси на нагретую нить накаливания 4.

С помощью газоанализатора 2 определяют содержание СО₂ в продуктах сгорания, с помощью манометра 3 - изменение давления внутри камеры.

Обратный клапан 7 предотвращает сообщение газовой среды реакционной камеры с внешней средой, ограничивая тем самым объем реагирующего окислителя.

Обработка результатов

Из уравнения горения углерода (1), зная объем реакционной камеры, можно вычислить массу сгоревших частиц сажи.

Зная концентрацию С(СO₂) из показаний газоанализатора, молярный объем при заданных условиях и объем реакционной камеры, можно вычислить количество образовавшегося углекислого газа:

где η(СO₂) - количество образовавшегося углекислого газа, кмоль;

V_кам ^- объем реакционной камеры, м³;

С(СО₂) - концентрация углекислого газа в объемных долях.

V_M - молярный объем при заданных условиях, м³/кмоль;

Из значения (2) определяем массу вступившего в реакцию углерода:

где m(С) - масса вступившего в реакцию углерода, кг.

М(С) - молярная масса углерода, кг/кмоль.

Долю сгоревших сажевых частиц можно определить из соотношения

где m(С_исх) - исходная масса навески, кг.

По полученным данным строят график зависимости полноты сгорания сажевых частиц автомобильных выхлопов от напряжения на нити накаливания.

Полученная зависимость может быть использована в качестве справочных данных при конструировании устройств дожигания выхлопных газов автомобилей.

Описание чертежа

На фигуре цифрами обозначены: 1 - реакционная камера; 2 - газоанализатор; 3 - манометр; 4 - нить накаливания; 5 - конусообразный рассекатель; 6 - патрубок для подачи воздуха; 7 - обратный клапан; 8 -мелкоячеистая сетка для размещения навески сажевых частиц; 9 - источник питания; 10 - навеска сажевых частиц; 11 - воздух, подаваемый для взвихрения частиц.

Изобретение относится к лабораторным установкам и предназначено для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах. Установка для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах включает реакционную камеру, оборудованную газоанализатором, манометром, нитью накаливания, конусообразным рассекателем для направления взвеси сажевых частиц на нить накаливания, в нижней части реакционной камеры расположены мелкоячеистая сетка, выполненная с возможностью размещения на ней навески сажевых частиц, обратный клапан и патрубок для подачи воздуха, при этом установка имеет источник питания для подачи напряжения на нить накаливания. Техническим результатом является возможность оценивать эффективность устройств, используемых для снижения выбросов вредных компонентов выхлопных газов автомобилей в атмосферу. 1 ил.

Установка для исследования процессов дожигания сажевых частиц, содержащихся в автомобильных выхлопах, включающая реакционную камеру, оборудованную газоанализатором, манометром, нитью накаливания, конусообразным рассекателем для направления взвеси сажевых частиц на нить накаливания, в нижней части реакционной камеры расположены мелкоячеистая сетка, выполненная с возможностью размещения на ней навески сажевых частиц, обратный клапан и патрубок для подачи воздуха, при этом установка имеет источник питания для подачи напряжения на нить накаливания.