[发明专利]一种收集并测试稳定燃烧中间产物的方法及装置

说明书

本发明涉及一种收集并测试稳定燃烧中间产物的方法及装置，将待测燃烧特性的燃料与空气以一定当量比预混形成预混物，在一定的空气进气温度及预混物的预混温度下，喷入可连续调节压缩比的发动机，在固定压缩比下实现燃料持续稳定在一定状态下的稳定燃烧，将状态下稳定燃烧所产生的稳定的中间产物送入分析系统进行分析。本发明燃烧过程可控、燃烧状态稳定，固定压缩比下实现燃料持续稳定在一定状态下的稳定燃烧，将各个稳定燃烧状态下的所产生的稳定的中间产物送入分析系统进行分析。能确保进入分析系统的既是燃烧中间产物，同时可以实现实验和结果分析在线同步进行，随时根据分析结果调整实验工况。

技术领域

本发明涉及液体燃料燃烧特性测试技术领域，尤其是一种收集并测试稳定燃烧中间产物的方法及装置。

背景技术

包括汽油，柴油，煤油等在内的液体燃料是燃料的一大类，它能产生热能或者动力，是目前各种发动机的主要供能燃料。当前随着新型燃料的开发，氢气、二甲醚(DME)等气体燃料也逐渐应用于内燃机。因此，研究液体和气体燃料各组分的配比以及组分结构对燃烧特性的影响对提高内燃机燃烧效率，实现绿色减排具有重要意义，尤其是对目前的各种新型替代液体燃料的制备具有极大的指导价值。

目前对燃料燃烧特性的研究包括其排放性质，燃烧工况，滞燃特性以及燃烧机理等几个方面。对排放特性，燃烧工况等的研究，改装过后的汽油机或者柴油机都可以实现。但是燃烧机理是燃烧特性的一个重要方面，也是目前受限于实验设备研究并不充足的一个方面。对于燃烧机理的研究通常需要知道燃烧过程中的中间产物有哪些，通过中间产物来推断其反应路径，从而得到燃料的燃烧机理。但是燃烧过程可分为低温，中温以及高温燃烧阶段，每一个阶段的燃烧机理也不尽相同。因此要研究好某一燃料的燃烧机理首先需要知道燃料在不同燃烧阶段所产生的中间产物，而目前燃烧实验设备在收集分析中间产物时往往在离开燃烧室时由于温度等条件的突然变化而发生其它反应或者发生冷凝，导致进入收集到的产物并不全是燃料燃烧所产生的中间产物。

烃类是液体燃料的一大组分，研究人员针对碳氢的燃烧过程和中间产物进行了详细的化学动力研究，认为烃类化合物的燃烧过程及其复杂。目前为止，在对

烃类的燃烧过程中的测量中已检测到多种中间产物，如：自由基、非自由基、原子、离子，其中自由基的主要为：OH、CH、C₂等，化合物主要包括：H₂、CO、CO₂、H₂CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆、C₃H₆、C₃H₈、CH₃OH等，与燃料的掺混过程、着火特性、燃烧温度、燃烧效率及飞行器的推力都有密切的关系。

目前燃烧设备很多都是通过汽油机或者柴油机改装而成的研究设备，这种类型的研究设备操作简单，成本较低。改装后的汽油机或者柴油机在进行燃烧特性研究时，一般通过采集缸压数据，通过缸压计算放热率来对燃烧特性进行分析，结果较为单一。而且不能很好的控制燃烧过程，也很难使燃料在某一状态下保持稳定燃烧，在低温燃烧阶段产生的很多中间产物会在高温阶段完全燃烧掉，这就使得对于低温燃烧阶段中间产物的收集分析变得极为困难，也导致不能全面的研究低温燃烧机理。

对于中间产物传统的测量方法通常需要取样分析，即从反应装置或系统中的预留出口中取样，从而实现在线和离线检测。取样测量可以满足全面检测的要求，并从中提取大量有用气体信息。测量烃类燃烧的非自由基中间产物最常用的方法是气相色谱(GC)、分子束质谱(MBMS)和色谱-质谱(GC-MS)联用技术。色谱分析可以实现较低的检测限和较高的分离效率，并能有效的分离同分异构体，单独使用气相色谱技术可以实现定量分析，但多数情况下需要与分子束质谱技术二者联用才能完成定性和定量分析。