Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы регистрации аэрозольных частиц в конденсированной фазе продуктов сгорания углеводородных топлив 9
1.1 Состав конденсированной фазы продуктов сгорания 9
1.2 Приборы для определения оптической плотности конденсированной фазы 13
1.3 Приборы для определения массового содержания твердых частиц в конденсированной фазе 19
1.4 Оптические свойства твердых частиц в потоках отработавших газов 24
1.5. Измерение концентрации сажи в цилиндре дизеля 32
1.6. Дифракционные методы исследования дисперсного состава ОГ 37
1.7 Голографический метод регистрации 42
1.8 Постановка задачи исследования 47
Глава 2. Метод регистрации аэрозольных частиц 50
2.1 Особенности подхода к проблеме регистрации аэрозольных частиц 50
2.2 Голографический метод регистрации аэрозолей 52
2.3 Осевая схема записи голограммы 54
2.4 Разрешающая способность голограммы 55
2.5 Исходные положения для восстановления изображения голографируемого объекта 58
2.6 Апробирование метода 59
2.7 Регистрация изображения и предварительная обработка результатов 61
2.8 Алгоритм обработки экспериментальных голограмм 66
2.9 Основные результаты главы 2 70
Глава 3. Экспериментальная установка, приборы и оборудование для определения параметров конденсированной фазы продуктов сгорания углеводородного топлива 71
3.1 Испытательный стенд на базе дизеля «КамАЗ-740» 72
3.2 Экспериментальная установка для измерения дисперсности конденсированной фазы отработанных газов дизеля 77
3.3 Проведение эксперимента 79
Глава 4. Исследование конденсированной фазы в выхлопных газах двигателя КамАЗ -740
4.1 Особенности обработки голограмм выхлопных газов 82
4.2 Эффект «движущихся частиц» 84
4.3 Структура отдельных частиц 86
4.4 Измерение размеров частиц в различных исследованных режимах 88
4.5 Формирование твердых частиц 101
4.6 Результаты главы 4 105
Заключение 107
Литература 110
- Приборы для определения массового содержания твердых частиц в конденсированной фазе
- Дифракционные методы исследования дисперсного состава ОГ
- Регистрация изображения и предварительная обработка результатов
- Экспериментальная установка для измерения дисперсности конденсированной фазы отработанных газов дизеля
Введение к работе
Актуальность. Сажеобразование - важный и постоянно изучаемый аспект горения, имеющий существенное практическое значение как положительное,- получение активного наполнителя резины и компонента печатных красок, так и отрицательное,- загрязнение окружающей среды выбросами промышленных энергетических установок и дизельными двигателями автомобилей. С одной стороны, сажа - промышленный продукт, который производится в мировом масштабе в количестве 107 т в год. Черная сажа используется в качестве наполнителя для эластомеров (2/3 всей сажи идет на производство шин), широко применяется в копировальных аппаратах и лазерных принтерах. С другой стороны, серьезные проблемы с выбросом сажи возникают в промышленных энергетических установках; дизельные двигатели примерно 10-г20% введенного топлива сначала превращают в сажу [1].
Ежегодный рост техногенного воздействия промышленности и транспорта на окружающую среду приводит к необратимым изменением значений ее параметров от ранее существовавших, что все чаще приводит к экологическим кризисам и катастрофам на локальном уровне (фотохимический смог, кислотные осадки, загрязнения водоемов) и в глобальном масштабе (образование парникового эффекта, разрушение озонового слоя). Эмиссия сажи от дизельных двигателей составляет значительную часть аэрозоля в атмосфере даже при хороших условиях работы и зависит от параметров работы двигателя. Содержание сажи в аэрозолях в некоторых районах достигает 20% [2].
Обеспечение экологического благополучия связано с выполнением конкретных научно-технических программ и решений. Снижение вредных выбросов автотранспорта связано с созданием фильтрующих материалов, оптимизацией процессов сгорания, применением альтернативных топлив и т. д. Дня этого необходимо полное представление о выбросах, особенно точная диагностика быстропротекающих процессов, дающая возможность вести це-
ненаправленную работу по созданию высокоэффективных технических решений [3, 4]. Дисперсный состав сажи также неизбежно будет определять свойства эластомеров при их производстве.
Для понимания сложных процессов сажеобразования нужны адекватные модели, для тестирования которых требуются измерения ряда параметров, в частности пространственного распределения образующихся частиц и их распределения по размерам. При этом важно, чтобы данные параметры измерялись невозмущающими методами. Для этих целей лучше всего подходят лазерные диагностические методы, обладающие высокой пространственной и временной разрешающей способностью.
Цель работы - исследование дисперсного состава отработавших газов на различных режимах работы дизеля, в том числе на переходных режимах. Создание метода исследования физических параметров отработавших газов и приборного комплекса для исследования последних. Разработка метода голо-графической регистрации конденсированной фазы в отработавших газах, применимого в технических условиях. Измерение параметров аэрозольных частиц в быстропротекающих процессах с прямой компьютерной регистрацией и обработкой получаемых результатов.
Научная новизна работы заключается прежде всего в прямой (без использования промежуточных оптических элементов) регистрации голограммы пространственного распределения аэрозольных частиц выхлопных газов дизельного двигателя на матрицу скоростной цифровой камеры с непосредственным вводом информации в ЭВМ, что позволяет определение параметров частиц непосредственно и обеспечивает необходимую репрезентативность выборки. Реализация подхода к исследованию достигается предложением метода регистрации, устойчивого в условиях технической вибрации и неконтролируемых оптических помех, ранее для этих целей не применявшегося и в данной приборной и алгоритмической реализации использованного впервые.
Для описания результатов использована статистическая характеристика, снимающая проблему малых частиц при регистрации оптическими методами - распределение массы (объема) частиц по размерам.
На защиту выносятся:
Метод определения дисперсного состава отработанных газов в быстро-протекающих процессах, заключающийся в прямой регистрации гологра-фической картины на матрицу скоростной цифровой камеры с непосредственным вводом информации в ЭВМ и дальнейшей компьютерной обработкой голограммы с использованием числовой голографии.
Комплекс экспериментальной аппаратуры для голографического исследования дисперсного состава отработанных газов быстропротекающих процессов.
Поисковый алгоритм обработки голографического изображения, заключающийся в обнаружении частицы в предметной области методом Монте-Карло и дальнейшем расчете ее параметров.
Результаты исследования предложенным методом дисперсного состава отработанных газов в процессах сгорания топлива в дизельном двигателе «КамАЗ-740» на различных режимах работы, показывающие характер формирования твердых частиц.
Достоверность результатов обеспечивается физически ясным механизмом процесса регистрации, использованием прямой регистрации голограммы без использования дополнительных оптических элементов и сравнением полученных результатов с аналогичными результатами, описанными в литературе и полученными другими методами.
Практическая значимость работы заключается в том, что созданный метод и приборный комплекс позволяет изучать физические процессы, происходящие в отработанных газах двигателя и служить исходным материалом при создании устройств для отчистки дымовых газов от твердых частиц, а
также оптимизации рабочих процессов двигателя и применения альтернативных топлив.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях: «Fundamental problems and modern technologies of material science» (FPMTMS). The 2-d Russia-Chines School-Seminar, Barnaul, 2002; Эволюция дефектных структур в конденсированных средах, Барнаул, 2001; Четвертая и пятая краевые конференции по математике, Барнаул, 2001 и 2002; Научно-технические конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета, Барнаул, 2001, 2002, 2003 и 2006; Молодежь - Барнаулу. Научно-практическая конференция (22-24 ноября 2004 г.), III Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, 2006.
Публикации. По теме диссертации имеется 14 публикаций, из них 5 статей, в том числе одна в журнале «Ползуновский вестник», входящий в список ВАК, остальные работы в трудах перечисленных выше конференций и научных журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, имеет 119 стр. машинописного текста, в тексте приведено 58 рисунков.
В первой главе рассмотрены методы исследования конденсированной фазы в отработавших газах дизельных двигателей. Подчеркивается, что все исследования имеют чисто прикладной характер. Получаемые результаты ориентированы на конкретный метод и измерительный прибор. За рамками используемого метода сравнение результатов практически лишено смысла и значительно расходится для различных методов исследований. Отсутствуют строгие определения конденсированной фазы и твердых частиц в отработавших газах. Различные методы исследования не изучены на предмет репрезентативности.
Также описаны известные ранее голографические методы регистрации и отмечены их достоинства и недостатки.
Вторая глава посвящена описанию предлагаемого метода прямой регистрации гол ографиче ской картины на матрицу скоростной цифровой камеры и дальнейшей обработкой голограммы с использованием числовой голографии. Апробация метода проведена с помощью регистрации водного аэрозоля, полученного с помощью лабораторного ультразвукового генератора.
В третьей главе описана экспериментальная установка.
Четвертая глава посвящена изложению результатов проведенных исследований и их сравнительному анализу для различных режимов работы двигателя.
В заключении перечислены основные результаты работы.
Приборы для определения массового содержания твердых частиц в конденсированной фазе
Дымомеры фильтрующего типа должны удовлетворять ряду специфических требований: постоянство объема газа; постоянство качества фильтровальной бумаги; отсутствие пульсации, повышенного давления или разрежения, утечки газа; объективность оценки количества отложений на фильтре.
В простейших фильтрующих дымомерах ручным насосом просасывалась проба газа через фильтровальную бумагу, и оценка почернения бумаги производится по условной 10-бальной шкале «Bacharach» (Oil Burner Stoke Scale). Эти приборы вносили ряд погрешностей, так как не отвечали приведенным выше требованиям. Швейцарская фирма Saurer стандартизировала объем просасываемого газа с помощью водяных аспираторов (рис. 1.7). Проба газа отбирается специальным газоотборником через фильтровальную бумагу в количестве 1 л, равному объему воды, вытекающей из водяного аспиратора. Переворачивание аспиратора позволяет отобрать вторую пробу и так далее. Оценка почернения бумаги производится по шкале «Bacharach». Прибор оказался чувствителен к давлению выхлопа, так как при разрежении 100 мм вод. столба аспиратор прекращал отсос газа, повышение давления вызывало увеличение отложений на бумаге. Прибор подвержен ошибкам вследствие конденсации, визуальной оценки фильтров и др. Несмотря на это он недавно предложен как стандартный в Японии.
Модификация фильтрующего дымомера системы «Bacharach» осуществлялась применением насоса с моторным приводом, включающимся на 60 сек, в течение которых оператор регулировал давление в системе отбора проб. Прибор, несколько уменьшив субъективные ошибки, не обеспечил достаточной точности и воспроизводимости, что показали испытания, выполненные MIRAul961r.
Непрерывно регистрирующий фильтрующий дымомер Von Brand был создан для контроля за промышленными газами, но применялся и для оценки дымности дизелей. В приборе насос с моторным приводом просасывает газ через фильтрующую головку с электроподогревом. Фильтрация производится на ленту фильтровальной бумаги, протягиваемую через головку со скоростью 100 мм/мин. Предусмотрена система сепарации воды и поддержания постоянства давления. Испытания, проведенные MIRA, показали, что прибор весьма чувствителен к малым загрязнениям и недостаточно к большим. Значительное влияние оказывает качество фильтровальной бумаги. Ошибки в показаниях прибора вызывает неудовлетворительная система уплотнения фильтровальной головки.
В Европе наиболее широкое распространение получил фильтрующий дымомер BOSCH (ФРГ), в котором имеется пружинный насос одноразового "действия. Устройство такого прибора приведено на рисунке 1.8. Перед началом отбора пробы плунжер удерживается в верхнем положении шариковым стопором. Пневматическим приводом стопор освобождается, и плунжер с уплотнителем из синтетической резины перемещается пружиной вниз, просасывая пробу отработавших газов через бумажный фильтрующий диск, установленный в головке. Объем пробы, диаметр фильтров и качество бумаги регламентируется. Приборы BOSCH, как и другие приборы с анализом частичной пробы, подвержены ошибкам, вызванным системой отбора проб, пульсаций давлений и др. Прибор обеспечивает точность +0,3 ед. шкалы BOSCH.
Наличие в приборе газа масел или несгоревшего топлива, обычно видимых в дымах белого и голубого цветов, снижает точность показаний фильтрующего дымомера при измерении почернения бумаги рефлектометром. В абсорбционных дымомерах наблюдается обратное явление - увеличение показания дымности при наличии жидкой фазы.
В приборе BOSCH предусмотрена фотоэлектрическая система оценки почернения фильтров с оригинальным расположением источника света над центральным отверстием фотоэлемента, измеряющего свет, отраженный от фильтра. Для увеличения срока службы рефлектометра применяются батареи с элементами из цинка и оксида ртути вместо цинка-угля.
Прибор BOSCH прост, надежен, имеет удовлетворительную воспроизводимость и позволяет быстро повторять анализы.
Пробник с экраном применяется в приборах BOSCH для исключения динамического напора. Увеличение длины пробника, размещенного вдоль оси выхлопной трубы, связано с устранением влияния локальных резонансных давлений.
Для устранения возможных ошибок необходимо до отбора проб отработавших газов выяснить характер колебаний давления при перемещении пробника. В приборе BOSCH это влияние устраняется установкой пробника после ресивера, однако при этом возникают трудности, связанные с конденсацией паров. В любом случае пробники должны устанавливаться на прямолинейном участке трубы. В связи с этим, рекомендуется регламентировать всю процедуру установки пробника и калибровки всей системы.
Все перечисленные приборы давали информацию об осредненных параметрах в объемах с конденсированной фазой продуктов сгорания углеводородных топлив и непригодны для изучения процессов фильтрации конденсированной фазы.
При измерении концентраций твердых частиц в газовых потоках возникают трудности, связанные с визуальным сравнением фильтров с токовыми шкалами эталонов. Наблюдаются различия в оценке со способом фото-метрирования отражательной способности фильтров с твердыми частицами и чистыми фильтрами. Это объясняется тем, что частицы осаждаются не в один, а в несколько слоев, в результате чего возможны большие погрешности определения.
Дифракционные методы исследования дисперсного состава ОГ
Голографический метод регистрации волновых полей позволяет записать и хранить полную информацию об исследуемом объекте, в частности, информацию о размерах и пространственном расположении аэрозольных частиц. Для регистрации голограммы быстродвижущихся частиц [36] обычно применяется импульсный рубиновый лазер с длительностью импульса порядка 10 8 с. Апостериорное изучение описанного динамического объекта в настоящее время производится путем визуального наблюдения восстановленного с помощью непрерывного газового лазера изображения объекта в микроскоп, обладающий малой глубиной резкости. Это дает возможность наблюдать отдельные слои исследуемого объекта. Такой метод исследования обладает существенными недостатками, главный из которых - отсутствие какой-либо автоматизации обработки данных эксперимента. Кроме этого, на восстановленном изображении присутствуют шумы, создаваемые частицами объемного ансамбля, находящимися вне плоскости фокусировки микроскопа.
Детальный анализ ансамблей частиц, компенсация погрешностей и фильтрация шумов могут быть выполнены при восстановлении изображения объекта по голограмме на ЭВМ с применением методов цифровой голографии [39].
Для целей исследования аэрозольных частиц наиболее целесообразно использовать осевую схему записи голограммы (рис. 1.21). В отличие от случая малоуглового рассеяния для записи голограммы желательно использовать широкоаппертурный пространственно когерентный лазерный луч [40,41].
Восстановленное действительное трехмерное изображение объекта является результатом дифракции плоской волны на интерференционной структуре 1р(х,у) голограммы и описывается функцией I0(x0,yo,zo), которую можно аппроксимировать набором поперечных сечений. Двойная сумма (1.30) подсчитывается на ЭВМ с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье.
Восстановление голограммы на ЭВМ имеет свои преимущества и недостатки. Основной недостаток цифрового восстановления заключается в том, что объект восстанавливается не сразу, а по отдельным плоским сечениям, что вызывает появление помех от соседних несфокусированных сечений. Эти помехи существенно уменьшаются при уменьшении периода дискретизации голограммы при вводе и, соответственно, увеличении количества отсчетов во введенной голограмме.
Более серьезной проблемой оказывается практическая невозможность введения полученной голограммы в ЭВМ. Для выделения из функции U(x), требующейся для ввода в ЭВМ, используется схема оптической перекодировки голограммы, представленная на рис. 1.23. Световые волны и U(x) и U (x) распространяются под углами ±6 к голограмме, освещенной плоской волной 1(х). Суммируя комплексные амплитуды U(x) и U (x) с помощью рассматриваемой оптической системы, можно выделить вещественную и мнимую компоненты комплексного поля и(х), которые вводятся в ЭВМ в виде матриц неотрицательных вещественных чисел. С помощью оптической системы, состоящей из линз Аь Лг и Л3, зеркала 3, светоделителей Ді и Дг комплексные поля U(x) и U (x) переносятся из плоскости голограммы на плоскость фотопластинки ФП, которая зарегистрирует либо сумму, либо разность полей и и и в зависимости от наличия или отсутствия фазовых пластинок Пі и П2 "толщиной" Ш и А/4, соответственно: Выбрав амплитуду опорной волны Ао достаточно большой, можно провести однозначное восстановление на ЭВМ комплексной функции U(x) по введенным величинам а(х) и Ь(х).
Восстановленное на ЭВМ или оптическим способом изображение сечения ансамбля микрочастиц необходимо обработать с целью классификации аэрозольных частиц по размерам и определения их координат. Полученные данные могут в дальнейшем использоваться для расчета, например, плотностей распределения частиц в различных точках исследуемого объема.
Алгоритм классификации основан на преобразовании изображения в бинарное способом порогового квантования и выделении контуров областей высокой интенсивности. Эти области нумеруются последовательными целыми числами с одновременным подсчетом площади частицы и координат ее центра тяжести.
Результатом такой предварительной обработки является массив данных, учитывающий площадь частицы, и декартовы координаты центра частицы. На рис. 1.24 показан пример работы алгоритма. Рассмотренный алгоритм был использован для автоматизации обработки изображений сечений, восстановленных оптическим способом из тестовой голограммы ансамбля микрочастиц, в качестве которых использовались споры ликоподий, имеющие размеры порядка 30 мкм в диаметре. В результате построены гистограммы распределения микрочастиц по размерам в каждой из рассматриваемых сечений, находящихся на расстоянии 40 мм и 50 мм от плоскости голограммы. Каждое изображение сечения, восстановленное с голограммы, увеличивалось в 100 раз с помощью микроскопа, регистрировалось на фотопленку и вводилось в ЭВМ с шагом дискретизации 25 мкм.
Регистрация изображения и предварительная обработка результатов
Распределение числа частиц воды для модельного эксперимента приведено на рис. 2.9. При расчете данного распределения вопрос точности вычислений не ставился, так как для этого необходимо было иметь образцовый дисперсионный материал с такими же спектральными характеристиками. Если у нас будут данные для наиболее вероятного значения, даваемого данным генератором, то распределение нетрудно пересчитать, изменив уровень, который иногда называют уровнем бинаризации [39] при расчете распределения. В нашем случае это приведет к небольшому горизонтальному смещению рассчитанного распределения.
Численный анализ полученных картин осуществляется поисковыми алгоритмами по выборке отдельных зарегистрированных частиц. Сущность алгоритма заключается в следующем. На основе предварительного расчета с учетом нормировки исходного массива (обработанной голограммы), устанавливается значение интенсивности в предметной области, превышение которого принимается за частицу. Данную операцию в литературе часто называют бинаризацией [39]. С помощью датчика случайных чисел выбирается точка в предметной области и находится значение интенсивности в выбранной точке. Если значение интенсивности удовлетворяет условию «частица», то выполняются смещения от исходной точки в различных направлениях с вычислениями интенсивности в этих точках и про веркой условия «частица». В результате находятся размеры «частицы» по различным направлениям и вычисляется среднее значение, которое выдается в качестве среднего диаметра «частицы». В качестве направлений в расчете выбирались горизонтальное, вертикальное и два направления под углами 45 . Для быстродвижущихся частиц, - схема измерения со сужающимся перед предметной областью газовым потоком,- измерения производились в одном направлении - поперек направления движения частиц.
В соответствии с рассмотренными ранее соотношениями, связанными с разрешающей способностью голограммы, измерение диаметров частиц с размерами, превышающими 4-ь5 мкм, вопросов не вызывает. Во всех без исключения методах, связанных с применением оптического излучения проблематичным является измерение диаметров малых частиц. Остановимся более подробно на решении данной проблемы в нашем случае.
Если плотность частиц будет больше допускаемой критерием Релея, то данным методом пользоваться в принципе невозможно, поскольку соседние частицы не будут разрешены. Более того при высоких плотностях конденсированных частиц будет нарушено условие однократного рассеяния и данный метод опять-таки будет неприменим. Но невозможность разрешить близко расположенные частицы не означает невозможности измерения диаметров малых частиц при низкой плотности последних. В нашем случае мы имеем дело с конденсированной фазой в отработанных газах, для которых обнаружение двух частиц с расстоянием между ними менее 5 мкм маловероятно, поэтому такую возможность можно не рассматривать.
При соответствующей практическим условиям низкой плотности конденсированных частиц в предметной области с помощью датчика случайных чисел мы всегда попадаем на отдельную частицу (случай непопадания алгоритмом отбрасывается). Возможные варианты «профилей частиц», а нас интересует именно «проблема малых частиц», по выбранному направлению приведены на рисунках 2.10.а и 2.10.6. Для удобства рассчитанные значения на рисунках соединены сплошной линией и проведены горизонтальные линии, символизирующие возможные уровни бинаризации. Очевидно, в области частиц малых размеров измеренное значение будет существенно определяться уровнем бинаризации. Предварительная нормировка голограммы делает возможным выбора уровня бинаризации одинаковым для разных частиц и разных голограмм.
Наличие в отработанных газах дизельного двигателя большого числа различных веществ с совершенно разными оптическими свойствами лишает нас возможности воспользоваться некоторым набором образцовых микрочастиц с известными диаметрами, поскольку в области малых размеров различие оптических свойств образцовых и исследуемых частиц может привести к неконтролируемым систематическим ошибкам и невозможности гарантировать достоверность полученного результата.
Для гарантии достоверности необходимо иметь в качестве образцового тот же самый аэрозоль. С этой целью возьмем результаты измерений других исследователей, полученные с помощью электронного микроскопа. Мы указывали ранее, что результаты сбора частиц с последующим измерением электронным микроскопом не гарантируют репрезентативность выборки. Но эти измерения вполне могут быть использованы для определения такой величины, как наиболее вероятное значение диаметра частицы. Итак наиболее вероятные значения диаметра частицы при различных методах измерения должны совпадать.
Результаты измерений диаметров частиц, полученных в работе [I], дают в ненагруженных режимах работы дизельного двигателя наиболее вероятные значения 1,5-2 мкм. Подберем такое значение уровня бинаризации, чтобы режимы холостого хода давали такие же значения наиболее вероятного значения диаметра конденсированных частиц. Далее во всех измерениях будем пользоваться полученным значением уровня.
Экспериментальная установка для измерения дисперсности конденсированной фазы отработанных газов дизеля
Напомним, что установка уровня бинаризации производилась по наиболее вероятному значению диаметра конденсированных частиц. Отметим, что хотя распределения для различных режимов, как и следовало ожидать, не совпадают, но наиболее вероятное значение остается практически одинаковым. Общей для всех распределений является и тенденция стремления к логнормальному закону. Тем не менее, полученные нами распределения заметно отличаются от приведенных в работе [1]. И связано это отличие, скорее всего, не с тем, что измеряется другой тип двигателя с совершенно иными характеристиками. Данным фактом, естественно, нельзя пренебрегать. Наиболее важным отличием нам представляется различие методов измерений и, соответственно, характеристики репрезентативности измеряемой выборки. К сожалению, в работе [1] не приводятся детали процесса измерения, поэтому более тщательного анализа и сопоставления результатов провести невозможно.
В нашем случае можно четко разделить полученные распределения на две группы - режимы холостого хода и режимы работы под нагрузкой. Распределения, относящиеся к различным режимам холостого хода отличаются между собой, но мы не можем с уверенностью сказать, что знаем причину данных отличий. Скорее всего, данные отличия связаны с неконтролируемым изменением параметров работы двигателя.
Распределения, относящиеся к режимам работы под нагрузкой, в рамках данного распределения имеют незначительные, но заметные отклонения от распределений предыдущей группы, связанные с некоторым увеличением среднего диаметра частиц. Данные изменения связаны не с изменением распределения, как целого, а связаны с появлением и увеличением числа частиц больших размеров, т.е. происходит в действительности незначительное изменение только дальнего крыла распределения, ответственного за частицы больших диаметров. Теория крыльев статистических распределений в общем виде в настоящее время отсутствует, по крайней мере нам не удалось найти в литературе подходящего случая [63]. Отметим, что в работе [1] показано изменение распределения, как целого. Данный факт представляет собой существенное отличие наших результатов от описанных в литературе.
Первое распределение построено в основном для сравнения с работами других авторов в этой области. Но, как мы считаем, иной информационной нагрузки данное распределение не несет. Как мы указывали, анализируя работы других авторов, данное распределение не удовлетворяет критерию репрезентативности выборки. Распределение числа частиц по диаметрам может с успехом применяться для характеристики водного аэрозоля, полученного с помощью ультразвукового генератора, т.к. в данном случае основной процесс образования аэрозоля - ультразвуковое дробление. Процессы горения более сложны, содержат как различного вида химические процессы, так и целый ряд физических процессов, таких как конденсация и сублимация частиц в неравновесных условиях. Последнее означает наличие флуктуации плотности, которые не могут считаться малыми, и как следствие, большого разброса размеров частиц от молекулярных до макроскопических величин. В связи с проблемой малых частиц в оптических измерениях возможно большое число малых частиц не фиксируется и распределение, по сути, лишено своего малого крыла. Причем значение обрезания распределения в области малых частиц различно в разных методах измерений. Это приводит к тому, что распределения, измеренные разными методами, не могут быть сопоставлены по абсолютным измеряемым значениям, не могут быть строго нормируемы и т.д. Попросту говоря, использование распределения частиц по диаметрам не вполне корректно.
Мы полагаем, что избавиться от указанного недостатка удается измерением массового вклада частиц различных диаметров. Большое число малых частиц в действительности дает меньший вклад, чем одна частица большого диаметра. Поэтому, если характеризовать результаты измерений распределением массы (объема) частиц по диаметрам, то, во-первых, исчезнет «проблема малых частиц» в оптических измерениях, во-вторых, получит смысл сопоставление результатов, полученных различными методами, и, в третьих, распределение массы частиц по диаметрам будет коррелировать с измерениями массового выхода твердых частиц выхлопных газов.
Поэтому мы представили результаты в виде второй группы - распределений массы (объема) конденсированной фазы отработавших газов по диаметрам - рисунки 12-19.
На указанных рисунках представлены гистограммы распределений, где по оси ординат отложен объем, занимаемый частицами с данным диаметром, выраженный в кубических микрометрах. При построении данного распределения существенную и определяющую роль начинает играть именно дальнее крыло, в этом случае проблема теории крыльев распределений остается актуальной. Поэтому о типе распределения мы говорить не имеем права, вычисляться для данного распределения могут только его первые моменты. Мы ограничиваемся вычислением первого момента распределения - среднемассового значения диаметра частиц. Результаты вычислений сведены в таблицу 2.
