本发明涉及喷雾特性分析装置。
背景技术：
选择性催化还原（scr，selectcatalystreduction）是一种应用于柴油机后处理系统中降低尾气中nox的技术。该技术通过尿素喷射控制单元（dcu）根据脉谱图控制尿素喷射系统向内燃机的尾气中喷射尿素的水溶液，在高温尾气的作用下，尿素水解、热解产生氨气（nh3），氨气与尾气混合后在scr催化器中经催化器的活性成分催化发生催化还原反应，nh3最终把nox还原为无害的n2和h2o，减低柴油机尾气中nox的排放。尿素喷射系统的喷雾情况对scr催化转化效率和尿素的结晶问题均有十分重要的影响。目前对尿素喷射系统喷雾实验研究主要有两种，一种是在常温常压下通过调整不同的喷射参数和喷嘴参数观察其对喷雾特性的影响，与喷雾真实的工作环境有很大差距，无法对尾气环境下喷雾的发展和特性进行研究；另一种是直接在发动机尾气管路安装透明圆管粗略观察喷雾的外形，因发动机尾气中颗粒污染物和圆管的限制，不能对尿素喷雾的特性和发展进行详细研究。
申请公布号为cn105604665a、申请公布日为2016.05.25的发明专利申请公开了一种喷雾特性分析装置及基于该装置的分析方法，该方法通过激光发射器在喷雾的某个截面一侧向激光接收器发射激光信号，激光接收器接收到激光信号，并通过信号处理器进行处理得到尿素喷雾的颗粒粒径和尿素喷雾的颗粒粒径的分布情况，同时由图像处理器对高速摄影机采集的不同时刻的尿素喷雾的图像进行处理，得出尿素喷雾的贯穿距和锥角，以此得出scr尿素喷射系统的喷雾特性。其中，激光发射器、激光接收器和高速摄影机构成测量分析装置，但是，该分析装置及分析方法没有在封闭的空间内进行喷雾，无法模拟实际的排气管内的尿素喷雾情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种喷雾特性分析装置，以解决现有技术中喷雾特性分析装置不能模拟真实工作环境的问题。
为实现上述目的，本发明的喷雾特性分析装置的技术方案是：
喷雾特性分析装置包括观察箱，观察箱具有用于容纳待分析喷雾的测试腔，所述测试腔的腔壁上设有供测量分析装置观测测试腔内的观察窗，观察箱上设有模拟气体入口、模拟气体出口和用于安装喷射装置的喷嘴的喷嘴安装口，所述模拟气体入口连通有用于供应模拟气体的供气管路。
本发明的有益效果是：通过在封闭的测试腔内进行喷雾，并向测试腔内通入模拟气体，以此来模拟真实工作环境下的喷雾特性并对喷雾特性进行测量分析，解决了现有技术中喷雾特性分析装置不能模拟真实工作环境的问题。
进一步地，为了提高该装置的通用性，所述喷嘴安装口设有至少两个，其中至少一个为供气助式喷射装置的喷嘴安装的气助式喷嘴安装口，至少一个为供非气助式喷射装置的喷嘴安装的非气助式喷嘴安装口，使该喷雾特性分析装置能够应用在非气助喷雾特性和气助式喷雾特性的分析，提高该装置的通用性。
进一步地，为了使该系统模拟真实的工作环境，所述观察箱包括箱体和设置在模拟气体入口处的弯管，模拟车辆的scr尿素喷射系统与尾气管路的布置关系，提高实验的精确性。
进一步地，为了使该系统模拟真实的工作环境，所述非气助式喷嘴安装口设置在弯管上，模拟车辆的scr尿素喷射系统中的非气助式喷嘴的安装位置，提高实验的精确性。
进一步地，为了使该系统模拟真实的应用环境，所述供气管路上设有用于对供气管路内的气体温度进行调节的温度调节单元，通过对供气管路内的气体温度进行调节，模拟真实的尾气温度，并且能够设置不同的温度值，来分析尾气温度对尿素喷雾特性的影响。
进一步地，为了方便对供气管路内气体温度的控制，所述温度调节单元包括加热器和用于测量经过加热器的气体温度的调节单元温度传感器，还包括与调节单元温度传感器信号连接以在调节单元温度传感器测得的温度超过设定阈值时降低加热器功率并在调节单元温度传感器测得的温度低于设定阈值时提高加热器功率的控制器，便于控制器对温度的控制。
进一步地，为了提高分析的精确性，所述测试腔内设有一个或多个测试腔温度传感器，测试腔温度传感器与控制器信号连接形成闭环控制，在测试腔内设置测试腔温度传感器，便于对测试腔内的气体温度进行精确取值，避免温度调节单元与测试腔的温差影响分析结果，进而通过控制器调节加热器的发热功率，并且通过取每个测试腔温度传感器所测得的温度值的平均值，进一步提高所测得的温度的精度，提高分析的精确性。
进一步地，为了提高分析的精确性，所述观察箱与温度调节单元之间的供气管路和温度调节单元的外壁上均设有保温层，防止测试腔内的气体与温度调节单元之间的温差过大，影响分析的精确性。
进一步地，为了减少观察箱的加工难度，所述观察箱的围板中包括至少两个相对设置的由透明材料制成的观测板，所述观测板构成所述观察窗，避免在观察箱的围板上开孔，便于观察箱的加工。
进一步地，为了使该系统模拟真实的应用环境，所述供气管路上设有用于调节进入测试腔内气体流量的气体流量调节阀和设置在气体流量调节阀与测试腔之间以对通过其内的气体流量进行观测的气体流量计，模拟真实环境中的气体的流量，并且能够设置不同的流量值，来分析气体流量对喷雾特性的影响。
附图说明
图1为本发明的喷雾特性分析装置的具体实施例1的结构示意图；
图2为图1的a区域放大图；
图3为本发明的喷雾特性分析装置的具体实施例1的观察箱的主视图；
图4为本发明的喷雾特性分析装置的具体实施例1的观察箱的侧视图；
图中：1、风机；2、气体流量调节阀；3、气体质量流量计；4、加热器壳体；5、加热元件；6、温控箱；7、供气管路；8、非气助式喷嘴安装口；9、气助式喷嘴安装口；10、观察箱；11、测试腔温度传感器；12、非气助式喷射装置；13、气助式喷射装置；14、保温层；15、观察箱框架；16、耐高温石英玻璃；17、密封垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的喷雾特性分析装置的具体实施例1，如图1至图4所示，本实施例以将该喷雾特性分析装置应用在模拟汽车scr尿素喷射系统实验中来对本发明的喷雾特性分析装置的具体实施例方式作进一步说明，但是，并不限定本发明的喷雾特性分析装置的应用领域，当然，在其他实施例中，该喷雾特性分析装置还可用在雾化器的雾化特性分析、雾化型药物（比如哮喘喷雾等）的扩散特性分析等应用领域。
喷雾特性分析装置包括风机1和观察箱10，观察箱10具有容纳待分析的尿素喷雾的测试腔，观察箱10上设有与测试腔连通的模拟气体入口和模拟气体出口，风机1和观察箱10的模拟气体入口通过供气管路7连通，使风机1吹出的模拟气体能够进入测试腔内，本实施例中，观察箱10包括两块耐高温石英玻璃16、四块金属板和将两者框装在一起的观察箱框架15，在观察箱框架15的作用下使观察箱10呈四棱柱状，两块耐高温石英玻璃16分别设置在观察箱10的前后两侧面上，其他四面为金属板，两块耐高温石英玻璃16均可拆卸，以便对其进行清洗，避免其上的污渍影响喷雾特性测量结果的精度，并且观察箱框架15与耐高温石英玻璃16之间还设有密封垫17，保证观察箱10的密封性。其中，耐高温石英玻璃16构成观察窗，当然，在其他实施例中，观察箱10也可以全部由耐高温石英玻璃16围成，耐高温石英玻璃16也可以设置在观察箱10的上下两面或左右两面上；观察窗也可以由有机玻璃、透明塑料片等制成；同时，风机1也可由空气压缩机或者任意的气源连通来向测试腔内提供模拟气体。
现有的scr尿素喷射系统中一般存在气助式尿素喷射和非气助式尿素喷射两种方式，为了使该喷雾特性分析装置能够适用于上述两种方式，本实施例中，观察箱10上分别设有供气助式喷射装置13的喷嘴安装的气助式喷嘴安装口9和供非气助式喷射装置12的喷嘴安装的非气助式喷嘴安装口8，其中，气助式喷嘴安装口9设置在观察箱10的测试腔入口处的外周面上，在需要进行气助式喷雾分析时，气助式喷射装置13的喷嘴安装在气助式喷嘴安装口9内使气助式喷射装置13的喷嘴喷出的尿素喷雾在风机1送入测试腔的模拟气体的推动下从模拟气体入口向模拟气体出口扩散，模拟在采用气助式喷射装置13的scr尿素喷射系统的车辆尾气管路中的真实工作环境；非气助式喷嘴安装口8设置在观察箱10的模拟气体入口处，在需要进行非气助式喷雾分析时，非气助式喷射装置12的喷嘴安装在非气助式喷嘴安装口8内使其置于测试腔的入口处，模拟车辆尾气的流动方向与非气助式喷射装置12的喷嘴喷射方向的位置关系，模拟在采用非气助式喷射装置12的scr尿素喷射系统的车辆排气管路中的真实工作环境，并且，为了模拟车辆尾气管路与scr尿素喷射系统的布置形式，本实施例中，观察箱10包括箱体和设置在模拟气体入口处的弯管，弯管上的非气助式喷嘴安装口8到箱体的距离要小于现有车辆的尾气管路与scr尿素喷射系统的连接弯管的非气助式喷嘴安装口到scr尿素喷射系统的距离，使非气助式喷射装置12的喷嘴尽量靠近箱体设置，便于对非气助喷射装置12的喷嘴的喷雾特性进行观测和分析。非气助式喷嘴安装口8设置在弯管处，并且非气助式喷射装置12的喷嘴朝向与在进行气助式喷雾特性分析时测试腔内气体的流动方向相同，使非气助式喷射装置12的喷嘴喷出的尿素喷雾的扩散方向和气助式喷射装置13的喷嘴喷出的尿素喷雾的扩散方向相同，不仅能够模拟车辆尾气管路真实的工作环境，而且减少影响气助式喷雾特性和非气助式喷雾特性的变量，便于实验分析。其中，气助式喷嘴安装口9和非气助式喷嘴安装口8构成喷嘴安装口，气助式喷射装置13和非气助式喷射装置12构成喷射装置，当然，在其他实施例中，该喷雾特性分析装置也可只设置一个喷嘴安装口，分别单独与气助式喷射装置13和非气助式喷射装置12配套使用，而且，该喷雾特性分析装置也可设置三个、四个等任意数量的喷嘴安装口。
在车辆的scr尿素喷射系统主要用在对汽车尾气的处理中，为了模拟该喷雾特性分析装置的真实应用场景，因此，本实施例中，风机1和观察箱10之间的供气管路7上还设有用于调节供气管路7内气体温度的加热器，加热器包括加热器壳体4和设置在加热器壳体4内用于对流经的空气进行加热的加热元件5，还包括用于实时测量加热器壳体4内气体温度的加热器温度传感器，该喷雾特性分析装置还包括有调节加热元件5的发热功率的温控箱6，当加热器温度传感器所测得的气体温度超过了设定的温度阈值，温控箱6控制加热元件5使加热元件5的发热功率降低，反之，当加热器温度传感器所测得的气体温度小于设定的温度阈值，温控箱6控制加热元件5使加热元件5的发热功率提高，以维持供气管路7内气体的温度恒定，并且能够设定不同的温度阈值来模拟不同温度的尾气，以分析温度对喷雾特性的影响，本实施例中，加热器与观察箱10之间的供气管路7、加热器壳体4的外侧均设有保温层14，以减少供气管路7中气体的热量损失。其中，加热器构成温度调节单元，温控箱6构成控制器，加热器温度传感器构成调节单元温度传感器。当然，在其他实施例中，温度调节单元也可以包括一个用于冷却加热器壳体4内气体的冷却器和一个用于加热加热器壳体4内气体的加热元件，根据加热器温度传感器测得的温度值通过温控箱6控制冷却器和加热器交替开启以对气体温度进行调节；同时，供气管路7上不设置温度调节单元也是可行的，不过无法对车辆尾气进行模拟，无法获知气体温度对喷雾特性的影响。
本实施例中，考虑到气体在经过加热器和观察箱10之间的供气管路7时的热量损失，观察箱10内设有两个测试腔温度传感器11，其中一个为置于测试腔入口处，另一个置于测试腔出口处，两个测试腔温度传感器11分别对测试腔内的温度进行测量，然后对两个测试腔温度传感器11测得的温度值求平均值，得出更为准确的测试腔内的温度，便于分析温度对喷雾特性的影响，减少误差，并且测试腔温度传感器11与温控箱6形成闭环控制，以使测试腔内的气体温度保持在设定阈值。当然，在其他实施例中，也可只设置一个测试腔温度传感器11，也可设置是三个、四个等任意数量的测试腔温度传感器11，来提高测试腔内气体温度的测量精度。
本实施例中，供气管路7上还设有气体流量调节阀2和气体质量流量计3，其中，气体流量控制阀2设置在风机1与气体质量流量计3之间，通过控制气体流量调节阀2的开度来调整气体流量，并通过气体质量流量计3实时观察气体流量调节阀2后端的供气管路7中的气体流量，当体流量调节阀2后端的供气管路7中的气体流量达到所需的气体流量值时停止对气体流量调节阀2的调节，使供气管路7中的气体流量满足实验要求，当需要分析不同的气体流量对喷雾特性的影响时，即可通过调节气体流量调节阀2获得不同的气体流量值，以对气体流量对喷雾特性的影响进行分析。当然，在其他实施例中，供气管路7上不设置气体流量调节阀2和气体质量流量计3也是可行的，不过无法获知气体流量对喷雾特性的影响。
本发明的喷雾特性分析装置还包括高速摄影机和喷雾激光粒度仪，其中高速摄影机和喷雾激光粒度仪构成用于分析喷雾参数的测量分析单元，喷雾激光粒度仪的激光发射端和激光接收端分别设置在观察箱10的前后两端，使激光发射端发射的激光信号能够穿过观察箱10的两块耐高温石英玻璃16被激光接收端接收，同时将高速摄影机设置在观察箱10的前侧或后侧，实现对喷雾的特性数据的获取。
当需要采用该喷雾特性分析装置模拟采用气助式喷射装置13的scr尿素喷射系统进行喷雾特性进行分析时，将气助式喷射装置13的喷嘴安装在观察箱10的气助式喷嘴安装口9处并通过密封盖等密封结构堵塞非气助式喷嘴安装口8，打开风机1及加热元件5，待测试腔内的温度和流量达到实验条件后，启动气助式喷射装置13进行喷雾，待喷雾状态稳定之后，打开喷雾激光粒度仪及高速摄影机，进行气助式喷雾特性数据的获取；当需要采用该喷雾特性分析装置模拟采用非气助式喷射装置12的scr尿素喷射系统进行喷雾特性进行分析时，将非气助式喷射装置12的喷嘴安装在观察箱10的非气助式喷嘴安装口8处并通过密封盖等密封结构堵塞气助式喷嘴安装口9，启动非气助式喷射装置12进行喷雾特性数据的获取。为了方便实验操作气助式喷射装置13和非气助式喷射装置12的喷嘴可以直接固设在所需安装的位置，需要进行气助式喷射时将气助式喷射装置13打开，在需要进行非气助式喷射时将非气助式喷射装置12打开，方便操作，但在采用该喷雾特性分析装置模拟采用非气助式喷射装置12的scr尿素喷射系统进行喷雾特性进行分析时，气助式喷射装置13的喷嘴会干涉到非气助式喷射装置12所喷出的尿素喷雾的扩散，有可能会对实验结果造成一定的影响。