三维激光颗粒动态分析仪在多相流测量中应注意的问题

本文讨论了三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)在多相流测量的应用中,共同遇到并所应注意和解决的一些问题,如示踪粒子的选择,激光发射器和接收器与实验段的匹配,二维镜头的测速方向与实际速度方向的匹配.其结论可以为PDA测量的具体应用提供参考.

粒子动态分析仪（PDA）测量湍流场时散射粒子的选择

应用激光技术测量流场时需要合适的散射粒子。本文研究了激光三维粒子动态分析仪测量湍流流场时，如何选择合适散射粒子的问题。实验结果表明，散射粒子的合理选择是保证测量精度的重要措施之一。在测量强脉冲湍流场时，应选用密度小，直径小且折射率大的粒子作为散射粒子。选择合适的粒子播散浓度。

三维粒子动态分析仪的原始数据开发

三维粒子动态分析仪（３－ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰａｒｔｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｚｅｒ）是利用激光多普勒频移原理，来测量两相流动中球形粒子的速度、粒径、浓度等参数，从而进一步得到三维湍流流动中粒子动态特性的一种激光测速设备。在其采集过程中自动建立的数据文件是以二进制形式存贮的，而且记录的都是每个球形粒子的信息，不能直接求平均及湍流计算。本文给出了处理这些数据的基本方法，通过编制的Ｃ语言程序得到各测点所通过的粒子数、三维速度、湍流特性以及相对体积流量，为ＰＤＡ数据软件的进一步利用与开发提供了很大的方便。

利用激光量测技术和粒子动态分析技术研究旋流器内两相流

采用先进的激光量测技术和粒子动态分析仪，对旋流器内两相流进行直接测量和粒子动态分析，得出了水力旋流器内两相流中固体粒子的粒度分布规律和粒子运动规律。并在实验的基础上，采用数学处理方法拟合出固粒沿旋流器轴向运动的数学模型。

粒子动态分析仪的数据开发

三维激光粒子动态分析仪PDA(Partieles Dynamic Analyzer)是Dantec公司的最新产品。它能同时测量液流或气流中的球形粒子的粒径和三维速度,因而可用于涉及扩散混合的燃烧、雾化、空化气蚀和污染控制等各种问题中的复杂流动测量。PDA是由光学、电子、机械和计算机四部分组成的复杂系统,并配有相应的软件。为得到良好的测量效果,通常在测量前的调试阶段要为各部分设置适当的参数,这些参数以及测量得到的数据一起存入生成的数据文件。

激光法测量湍流流场时散射粒子的选择

激光技术测速时需要有合适的粒子。本文研究了用三维粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测量湍流流场时选择合适的散射粒子的问题。试验结果和理论分析表明：（１）散射粒子的特性参数是影响测速精度的重要因素；（２）在湍流度较高的流场中测量时应尽可能选择直径小、密度低、折射率大的粒子作为散射粒子，而且粒子散播的浓度要合适。

旋流燃烧室内湍流燃烧的PDA实验研究

本文建立了采用分级进风的旋流燃烧室实验台，实现了用三维激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测最湍流旋流燃烧的热态瞬时速度场。在一次风旋流数为０．６９的工况下，衍到了燃烧室内气体时均轴向与切向速度和轴向与切向脉动速度均方根值的分布。

异辛烷/空气对冲火焰实验与计算分析

为了解决汽油机清洁高效燃烧的难题,需要对汽油的基础燃烧特性进行深入研究。为此选取异辛烷单一组分作为表征燃料,对其预混层流火焰传播速度进行了实验与分析。设计并搭建了适宜液体燃料燃烧的对冲火焰试验台,通过对异辛烷对冲火焰的实验,获得了不同当量比下的无拉伸火焰传播速度,发现随着当量比的增大异辛烷火焰传播速度先增大后减小,在当量比1.1时火焰传播速度达到最大值。在标准大气压、初始温度为378K的工况下,异辛烷最大火焰传播速度为60.9cm/s。利用异辛烷、正庚烷、乙醇三组分燃料着火机理计算了异辛烷火焰传播速度,并针对火焰传播速度进行灵敏度分析,得到了控制异辛烷火焰传播速度的主要基元反应。通过实验结果与计算结果的对比,结合文献中给出的实验数据,对影响异辛烷火焰传播速度的主要因素进行分析,发现初始温度提高、环境压力降低能够使异辛烷燃烧火焰传播速度提高。

应用PDA测量气固两相流边界层时壁面的选择

应用激光技术测量边界层流场时需要选择合适的壁面 ,以解决壁面反射光过强和零点确定问题。通过试验 ,研究激光三维粒子动态分析仪测量湍流边界层时如何选择壁面的问题。试验结果表明 ,选择背面涂黑的玻璃壁面 ,能够很好地解决这两个问题 ,并且使测量达到一定的精度要求。

激光法在测量矩形截面三分支管湍流流场中的应用

利用三维粒子动态分析仪（３Ｄ－ ＰＤＡ） 测得了矩形截面三分支联接的三维速度分布。在测量中，经过理论分析与对比试验，选择了蚊香烟雾作为散射粒子。实验结果揭示了三分支管的一些流动特性。

应用粒子动态分析仪研究水力旋流器流场

利用粒子动态分析仪(PDA),对水力旋流器内固相颗粒流场做了全面的测定,得出水力旋流器内固相颗粒的流态、浓度及粒度分布,为进一步查清水力旋流器的工作机理提供了重要理论依据。

气液同轴式喷嘴雾化特性的试验

通过试验研究气液同轴直流式和气液同轴离心式喷嘴的雾化性能。研究表明:喷嘴出口扩张时可以改善喷嘴的雾化性能;气液同轴直流式和气液同轴离心式喷嘴都存在一个合适的缩进长度,在改善喷嘴雾化特性的同时对总流量影响较小;在相同条件下,气液同轴离心式喷嘴的喷雾性能要优于气液同轴直流式喷嘴的喷雾性能。

试验用流速测试技术的新发展

流速测试技术是研究流场中气流流动特性的重要手段,了解现代流速测量仪器的原理和应用特点,对选择合适的仪器进行实验研究至关重要。本文介绍了国内外现代流速测试技术的原理和应用特点,并对各种测试仪器进行了流动速度测量的参数比较,依据比较结果给出了选取测量方式的若干原则,为气流流动实验选择合适的测量工具提供了有力的指导。

墙式布置切圆燃烧的冷态模化试验

部分厂家对超临界以及超超临界技术采用了墙式切圆燃烧方式。对一台采用这种燃烧方式的超超临界锅炉进行冷态模化试验,并且采用三维粒子动态分析仪(Particle dynamicsanalyzer,PDA)测量燃烧器区域的气固两相流动特性,以研究该燃烧器在炉内的气流流动特性以及不同运行参数对流场变化的影响。分别对墙式燃烧方式的速度分布、速度衰减特性以及浓度分布进行了分析。结果表明,一次风率越高,切圆越小;而且提高一次风率,也有助于减缓射流的衰减;该燃烧方式会在炉膛中心形成一高浓度区,形成低NOx燃烧,且该区域浓度随着一次风率的提高而略有增大,但是由于射流偏转,也会在侧墙边壁处形成高浓度区。

低密度射流的特征频率

采用激光粒子动态分析仪研究了低雷诺数时密度比对自由圆射流近喷嘴区轴线相干结构特征频率的影响。空气射流和二氧化碳射流核心区的末端 ,能谱上才出现显著的峰值 ,其Strouhal数约为 0 .41。氢气射流时在喷口附近 (x <D)即已在能谱上观察到显著的峰值 ,Strouhal数约为 0 .2 1 ,当Re≤ 496.6时 ,能谱上只出现一个峰 ;当Re>496.6时 ,随x的增大 ,能谱上出现了基波的高次谐波。

孔板式节流元件后油滴剪切破碎的实验测试研究

围绕界面张力、黏度对孔板后液滴破碎程度的影响及孔板后切向、轴向、均方根速度场与粒径分布场之间的关系进行了实验研究。利用石英玻璃制造孔板节流管,采用高速摄像仪拍摄孔板前油滴并用软件分析确定其平均粒径,采用粒子动态分析仪(PDA)检测孔板后油滴平均粒径分布及各速度场分布。结果表明,分散相黏度和界面张力越大,液滴内部恢复力越大,油滴越不容易破碎;切向速度对液滴破碎程度影响最大。切向速度梯度变化是造成液滴破碎的主要原因,而轴向速度梯度和均方根速度梯度对孔板后液滴破碎影响不大,仅造成液滴的变形。孔板后适度旋流有利于液滴的聚结。

清净剂对柴油雾化液滴空间分布的影响

采用三维激光粒子动态分析仪(PDA),测量并分析了聚异丁烯酰胺类清净剂质量分数、压力和轴向位置对0#车用柴油雾化液滴空间分布的影响。结果表明:随着清净剂质量分数增大,在喷嘴出口处柴油雾化形成的大液滴所占的比例逐渐降低,小液滴比例逐渐升高,添加清净剂的柴油雾化液滴在小粒径区的速度分布远高于未加剂柴油;随着压力的增加,无论是否加剂,柴油雾化液滴速度均增加,在高压范围内压力的持续增加对速度分布影响并不明显,但添加清净剂的柴油液滴停留在高速区的比例始终远高于未加剂柴油;随着轴向距离的增加,无论是否加剂,柴油雾炬液滴速度最终均出现明显衰减,液滴朝着低速、大粒径区间发展。

过热液体储罐泄漏闪蒸射流行为特性试验研究

为了研究高温高压过热液体在意外情况下发生的两相泄漏问题,基于两相泄漏试验平台,采用高速摄影仪和粒子动态分析仪(PDA),分析不同储存条件(储存压力、过热度)和泄漏条件(泄漏口尺寸)下,过热液体储罐泄漏过程中闪蒸射流行为特性。结果表明:闪蒸射流喷射角在泄漏过程中先逐渐增大,然后保持稳定,当罐内过热液体即将完全泄漏时,喷射角将发生突扩,随后迅速减小直至泄漏结束;泄漏过程中,闪蒸射流液滴三维速度随储存压力、过热度及泄漏口尺寸的增大而增大;过热度和泄漏口尺寸越大,液滴粒径越小,液滴粒径随着储存压力增大而增大。

农用喷头雾滴粒径对液体黏度的响应

【目的】研究农药不同黏度对喷头雾化特性的影响,为农业喷雾施药技术提供理论参考。【方法】配制不同质量分数的甘油溶液替代农药试剂进行研究,将喷头喷雾区域网格化,使用粒子动态分析仪测量喷雾区域不同位置处的雾滴参数,利用SPSS分析轴心方向和径向雾滴粒径的分布规律。【结果】在喷头喷雾区域轴心方向上,雾滴算术平均直径、雾滴体积平均直径及雾滴索尔特平均直径呈现出先变小然后逐渐变大的规律,外界空气阻力的扰动作用使喷射出的液体表面形成一定模式的表面波,随着距离增大波幅变大,波峰被撕裂下来,破碎成小雾滴,而后在重力的作用下雾滴间发生碰撞聚合,雾滴粒径逐渐变大;喷头喷雾区域径向上,雾滴近似于对称分布,雾滴粒径呈现出中间小两边大的特点,随着径向距离增大雾滴粒径逐渐增大;通过SPSS分析得出,轴心方向上,轴心距离、液体黏度与雾滴粒径的相关系数分别为0.531、0.795;在喷雾区域径向上,径向距离、液体黏度与雾滴粒径的相关系数分别为0.932、0.328。【结论】在一定程度上,黏度较大的液体具有一定的防止漂移效果;液体黏度改变对轴心方向上雾滴粒径影响效果显著;在喷头径向上,距离的改变对雾滴粒径大小影响显著。

密闭容器内喷雾场非正交PDA测量研究

针对密闭容器内喷雾场PDA测量中一些关键问题 ,如实验光路调整、非正交光轴的正交化处理、测量窗的选择及其清洁、由于水滴直接打在测量窗口等原因引起水膜振动对测量结果的影响、PDA的测量数据可重复性和时效性进行了分析研究 。