[发明专利]用于车辆超细颗粒物稀释的喷射式稀释器的设计方法

说明书

本发明公开了用于车辆超细颗粒物稀释的喷射式稀释器的设计方法，包括：选择影响稀释器稀释比的相关因素；根据喷射稀释原理，利用连续性方程和伯努利总流方程推导，在相关因素中确定出喷射式稀释器的排气端与空气端的设计因素；构建稀释器的仿真模型，根据设计因素，采用CFD仿真软件、对应的仿真条件和仿真方案，对稀释器内部流场进行仿真获得仿真结论；根据设计因素中的部分数据与稀释比的关系，随机组合设计因素中的部分数据得到任意稀释比稀释器。该方法可实现对喷射式稀释器的内部结构参数的优化设计，有助于直接在实验室发动机台架上搭建PFSS稀释系统，测试不同工况下的稀释比；有助于实现对机动车尾气中超细颗粒物的准确测量。

技术领域

本发明涉及喷射稀释器设计的技术领域，特别涉及用于车辆超细颗粒物稀释的喷射式稀释器的设计方法。

背景技术

大气细颗粒物(PM_2.5)已经成为我国大气污染的首要污染物，控制PM_2.5污染任重道远。其中，机动车超细颗粒物(一般指粒径≤100nm)排放，在PM_2.5中的质量占比虽然很小，但数量浓度占比高达90％以上。一方面，超细颗粒物个数浓度和表面积高、化学成分复杂，对人体健康、大气能见度、全球气候等均有重要影响；另一方面，大量的超细颗粒物会在一定的大气环境条件下吸湿增长，直接形成灰霾甚至重霾污染。因此，对机动车排放的超细颗粒物的准确测量显得尤为重要，监测结果可为机动车排放评估、颗粒物増长机制研究、以及制订精细化控制措施等提供有效依据。

由于机动车尾气温度较高，常规的颗粒物监测设备无法直接对其进行测量，美国环境保护局(EPA)率先提出将尾气先进行稀释，再对其进行取样研究，这种方法受到广泛的认可。机动车尾气的稀释过程，本质上是模拟其排放到大气中被大气稀释的过程，实现将高温气体冷却至常温，使得通常采用的大气颗粒物采样方法及在线颗粒物测量仪器可用于发动机排气颗粒的检测。由于尾气中存在未被燃烧的气态有机化合物，在稀释过程中可能会凝结增长形成新的颗粒物，这部分物质的生成会对测量结果带来干扰，导致结果重复性差。因此设计合理的尾气稀释采样系统是机动车尾气颗粒物测量关键步骤之一。

机动车排气颗粒物的测试方法主要有全流定容稀释采样系统(CVS)和部分流稀释采样系统(PFSS)。CVS系统可同时满足柴油机排气在稳态和瞬态工况下的测试，应用广泛、精度高、误差小、满足各种排放要求，但制造成本高，设备复杂；PFSS系统以CVS系统为基础，体积小，成本低，对超低排放敏感，可测试各类发动机排放颗粒物，应用广泛。PFSS法仅对小部分发动机排气稀释采样，因此不受发动机排量影响，适用于任何大、中和小排量发动机颗粒物测试。当稀释排气比例小于1％时，一次稀释就可对混合样气采样测试，为PFSS全取样法；当稀释排气比例大于1％时，需对首次稀释的样气再进行稀释，然后采集测试，为PFSS部分取样法。研究表明采样管位置、长度以及稀释空气的洁净程度对PFSS的测量结果均有影响。

稀释部分是整个测试过程的核心，稀释效果直接决定排气能否满足法规要求，以及颗粒物测试的准确性和重复性。由于传统测试系统成本高，操作复杂，便携式稀释系统愈发热门，其借助高性能稀释器简化了繁琐的测试步骤，操作简便、成本较低，保护精密检测仪器。

相关技术中，已有颗粒物稀释器及配套的稀释测试系统尽管工作原理不同，但其目的都是尽可能模拟汽车尾气排入大气中的真实情况，利用洁净空气与排气混合，使高温排气得到冷却和稀释。稀释比是评价稀释器品质的最主要因素之一，而稀释器结构是影响稀释器稀释比的关键因素，但相关技术中，并没有给出稀释器结构的具体设计过程，使得技术人员难以根据自己的需求对机动车尾气颗粒物进行稀释，进而也不容易实现对机动车尾气颗粒物的准确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供用于车辆超细颗粒物稀释的喷射式稀释器的设计方法，解决了喷射式稀释器设计中相关结构、及对应的参数无法确定的问题；以便有助于实现对机动车尾气中超细颗粒物的准确测量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：