基于ldvpdpa系统对某发动机喷嘴的雾化粒度研究

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1、基于LDVPDPA系统对某发动机喷嘴的雾化粒度研宄摘要：随着科技发展，激光散射和干涉原理在测试技术方面的应用不断发展，如激光散射应用、激光多普勒应用、诱发激光荧光技术、全息激光技术、微粒图像速度场模拟等，这些均可用于雾化测试。多普勒微粒相位分析仪(PhaseDopplerParticleAnalyzer,PDPA)是多普勒激光测速仪(LaserDopplerVelocimeter,LDV)功能的细化，它实现了在测定流速时，同时测出跟随颗粒的微粒直径、空间浓度等物理量。本文依据LDV/PDPA的工作原理，对某

2、型号的喷嘴进行粒度研宄。关键词：LDV/PDPA系统；工作原理；雾化粒度1LDV/PDPA系统工作原理及研究方法LDV的原理是采用激光照射运动中的喷雾微粒，激光照射到运动的微粒时发生散射，通过对入射光和散射光的频率进行对比，得到正比于微粒速度的多普勒频移量，通过测量频移量，从而得到微粒的运动速度。测量过程中，激光不会对流产生干涉，并且具有较高的空间和时间分辨率；缺点是不能测量瞬间喷雾场进行整体测量，只能通过空间逐点测量。本试验中采用二维PDPA系统，使喷嘴由上向下运动，从而测得多个截面情况的雾化特性，进一步

3、推算出燃油雾化度与燃油速率之间的函数关系。喷嘴雾化度的一般采用索太尔平均直径SMD(SauterMeanDiameter)表示。索太尔平均直径表示的是燃烧室的综合性能。燃油从喷嘴喷射出来后，由许多尺寸各不相同的雾滴组成了喷雾。这些不同的雾滴大小反映了雾化程度，是评定雾化的主要性能指标。雾化后的颗粒大小是不均匀的，最大和最小可能相差100倍，所以一般用液滴平均直径来表示液雾微粒群的细度。其中平均直径，是用一个理想化的相同尺寸的液雾来代替原来的液雾，保持原液雾的其中一个特征量不变。燃油雾化目的是在燃烧过程中增大

4、燃油实际表面积，从而增加其蒸发效率，提高燃烧效率。如果，以保持原液雾的表面积不变的原则得出平均直径，即索太尔平均直径(SauterMeanDiameter,SMD)是最常用的；SMD也常用D32来表示，D表示直径，下角中3表示体积的方次，2表示面积的方次。当用SMD(D32)来表示液滴群的特征尺寸，要满足两个条件：①液体总质量相等；②液体总表面积相等(但液滴总数就不相等了)。SMD的表达式推导如下：假设燃油的密度为L，直径为Di的液滴数目为ni个，那么，整个液雾的总质量为Q=ni(n/6)pLD(1)假设以

5、索太尔平均直径(D32)来表征这群液雾，则液滴的总数目为ns，有Q=ns(n/6)pLD(2)结合两种表示方法，雾化前的总质量应相等，则有Q=ni(n/6)pLD=ns(te/6)PLD(3)又由于总表面积应该相等，则有S=niD=nsD(4)式(3)除以式(4)，并整理有D32=niD/niD(5)于是，可得液雾的总表面积S为S=6V/D32(6)式中，V为液雾的总容积。由式(6)可知，液体雾化的索太尔平均直径越小，其雾化后表面积越大，也就是液雾群的挥发速度越快。相位多普勒/激光多普勒测速系统(PDPA/

6、LDV)是美国TSI公司研发的产品，主要用于颗粒密度和速度综合测试仪器。激光多普勒测量仪具有以下优点：①试验数据精确，一般超过达到0.1%的测量精度，通常不需要的校准，重复试验性好，数据对外界环境（气压、温度、湿度等）需求无严格要求。②在LDV系统测量时，反相流以及涡流等复杂流体可以通过频移确定流体方向进行计算。③系统可测量流速裕度宽，从静止流体至超音速流体。④流体的成分和密度对LDV测量的无影响，即使是含有杂质气体或者气泡的气体或液体流体测量中也能得到所需的试验结果，所以此方法也适用于多相流体研究。⑤LD

7、V是非接触式测量系统，它对流场无干扰，测量可靠性较高，适用于流量变化的流体、流体介质有毒、流动空间狭小或有腐蚀性的流动以及高温、高压、火焰流动的研究。本试验采用的PDPA/LDV系统是二维测量系统，通过Z向移动，可实现三维测量。主要包括下列设备：PDPA/LDV主要组成为：激光发生器、发射光路系统、接受光路系统、信号采集处理器、微型计算机以及传输电缆等。2实验分析燃油喷嘴综合试验系统，是利用PDPA/LDV系统研宄航空发动机燃油喷嘴工作特性的高技术试验系统可对燃油雾化粒度、喷口附近速度及喷雾锥角等多种液体介

8、质的综合试验进行研宄分析工作。本试验中综合试验器由试验台、PDPA/LDV系统、计量系统、回油系统、燃油供给系统、引风系统、电机控制系统、操纵控制台、数据采集系统和计算机处理显示系统等组成。3雾化粒度（SMD）的试验与分析雾化粒度是指：假定一团雾滴直径大小相同，其直径为ds，这团假定油滴的表面积与体积之比和真实雾滴的表面积与体积之比相等。SMD是表征液雾微粒群的细度，一个液滴团的平均量。油滴的燃烧速度主要与油滴的