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喷嘴雾化是一种常见的物理过程,在工农业生产、环境保护、人们的日常生活、军事等等众多领域都有广泛的应用,如液体燃料的气化、燃烧、农药喷洒、干法、湿法脱硫以及食品加工等等。雾化雾滴的粒径、浓度及其空间分布是喷雾研究的重要参数,由于雾化过程的复杂性以及喷嘴结构的多样性,现阶段完全依靠理论方法准确分析雾化特性很困难,实验测量仍是一个重要的研究手段。
激光与计算机相结合,成为现代光学测量的特点,以激光为手段的光学测量方法由于测量速度快、不干扰喷雾场、时间和空间分辨率高等优点,在喷雾测量中得到了广泛的应用。激光脉动法基于Mie散射理论,应用于喷雾场雾滴的测量,可以同时得到穿越测量光束内雾滴的平均粒径和数量浓度。过程层析技术是近二十年来发展起来的一种以两相流为主要对象的过程参数二维或三维分布状况的在线实时检测技术,过程层析技术以Radon变换为数学基础,Radon定理证明,被测物体可以由无数条投影表示,层析技术的目的就是由投影数据结合一定的算法重建被测物体的空间分布。
根据层析技术原理,本文对喷雾场雾滴粒径和浓度的空间分布测量技术开展了研究。引入层析技术的目的,就是将测量得到的雾滴粒径和浓度的线投影值结合适当的计算方法重建喷雾场雾滴粒径和浓度的空间数据。利用现有的光脉动法测量装置对喷雾场进行测量,由于现有测量装置的限制,不能进行相交测量,只能得到一个方向上相互平行的投影数据。根据层析技术原理,对一个方向的数据进行空间分布的重建,投影数据明显不足。本论文中采用了喷雾场的轴对称分布假设,编制了雾滴粒径和浓度空间分布的层析计算程序。在现有条件下,本文利用计算机对雾滴的粒径和浓度的空间分布进行了仿真实验,对所编制的层析计算程序的正确性进行了验证。
在喷雾实验台上,利用光脉动法装置测量了气液两相流喷嘴的雾化雾滴粒径和浓度的线积分值,利用编制的计算程序对投影值进行了空间分布的重建,在某些测量工况下得到了失真的重建结果。通过对重建方程系数矩阵的分析,得出重建方程的病态性态,该重建方法不能应用于喷雾雾滴粒径和浓度的空间分布的重建。
本论文对重建方法作了改进,对改进后的重建方法进行了仿真实验验证,并利用改进后的重建方法对实测数据进行空间分布的重建,重建结果的变化趋势与实测结果变化的总趋势一致。