GB/T 42680-2023 基于相位多普勒技術(shù)的液體燃料霧化特性測(cè)試方法（正式版）

ICS27.060GB/T42680—2023國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T42680—2023 I 3術(shù)語和定義 4測(cè)試原理 68數(shù)據(jù)處理 附錄A(資料性)測(cè)試記錄格式 9參考文獻(xiàn) IGB/T42680—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)燃燒節(jié)能凈化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC441)提出并歸口。1GB/T42680—2023基于相位多普勒技術(shù)的液體燃料霧化特性測(cè)試方法本文件描述了基于相位多普勒技術(shù)進(jìn)行液體燃料霧化特性測(cè)試的方法，包括測(cè)試原理、測(cè)試設(shè)備、本文件適用于液體燃料霧化特性的測(cè)試。下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T41770—2022基于背光成像技術(shù)的液體燃料噴射特性測(cè)試方法下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1用于表征液體燃料噴射破碎后形成的液滴的微觀特征參數(shù)。3.1.1液滴速度dropletvelocity液體燃料噴射破碎后形成的液滴的速度。3.1.2液體燃料噴射破碎后形成的液滴的直徑。3.2多普勒效應(yīng)Dopplereffect波源和觀察者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率不同的現(xiàn)象。3.3相位多普勒分析儀phaseDoppleranalyzer;PDA利用多普勒效應(yīng)，同時(shí)測(cè)試液滴速度和液滴直徑的測(cè)試系統(tǒng)。3.4相位多普勒分析儀中，多束激光交匯處所形成的測(cè)試空間。2GB/T42680—2023多普勒脈沖信號(hào)Dopplerburstsignal運(yùn)動(dòng)液滴經(jīng)過測(cè)量體時(shí)，散射出呈高斯分布形態(tài)的周期性變化的光信號(hào)。多普勒頻率Dopplerfrequency運(yùn)動(dòng)液滴散射光的頻率與原始入射激光頻率之差。測(cè)試位置probeposition相位多普勒分析儀中，測(cè)量體的中心位于測(cè)試坐標(biāo)系的坐標(biāo)位置。平均直徑meandiameterD?0液滴直徑的算術(shù)平均值，即參與統(tǒng)計(jì)的液滴直徑之和除以液滴數(shù)量?！?1)式中：索特平均直徑SautermeandiameterD?2參與統(tǒng)計(jì)的液滴直徑的立方和與平方和之比。注：D32按公式(2)計(jì)算：10%體積分?jǐn)?shù)直徑10%fractionalvolumediameter參與統(tǒng)計(jì)的液滴中，液滴體積分布的累積函數(shù)為0.1時(shí)所對(duì)應(yīng)的液滴直徑。Dvo.1=Q-1(0.1) (3)Q?——體積分布的累積函數(shù)，由GB/T15445.1—2008中的5.2確定。50%體積分?jǐn)?shù)直徑50%fractionalvolumediameter參與統(tǒng)計(jì)的液滴中，液滴體積分布的累積函數(shù)為0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的液滴直徑。注：體積分?jǐn)?shù)Dvo.5按公式(4)計(jì)算：Dvo.5=Q?1(0.5)……(4)參與統(tǒng)計(jì)的液滴中，液滴體積分布的累積函數(shù)為0.9時(shí)所對(duì)應(yīng)的液滴直徑。注：體積分?jǐn)?shù)Dvo.g按公式(5)計(jì)算：3GB/T42680—20233.133.14參與統(tǒng)計(jì)的液滴速度瞬時(shí)值的平方和與液滴數(shù)量的比值的平方根。3.15參與統(tǒng)計(jì)的液滴速度瞬時(shí)值的標(biāo)準(zhǔn)差與平均速度的比值。3.16信號(hào)處理器每秒獲得的有效數(shù)據(jù)的數(shù)量。3.17有效率validationratio信號(hào)處理器獲得的有效數(shù)據(jù)的數(shù)量占原始數(shù)據(jù)數(shù)量的百分比。4測(cè)試原理測(cè)試原理如圖1所示。激光發(fā)射探頭發(fā)射兩束激光，為了判斷液滴速度分量的方向，兩束激光的頻強(qiáng)發(fā)生周期性變化。光電檢測(cè)器接收到散射光信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為多普勒脈沖信號(hào)，其頻率(多普勒頻6——測(cè)量體；4GB/T42680—2023將兩束入射激光所構(gòu)成的平面定義為激光平面。通過入射激光相交的銳角平分線并與激光平面相垂直的平面為散射平面。液滴的速度分量為U,其方向垂直于散射平面，正向由激光發(fā)射探頭出口位置處非頻移激光指向頻移激光，反之為負(fù)，液滴速度分量按公式(6)計(jì)算：…………(6)式中：U——液滴速度分量，單位為米每秒(m/s);λ——入射激光波長(zhǎng)，單位為米(m);θ——入射激光相交的銳角，單位為度(°);fp——多普勒頻率，單位為赫茲(Hz)。處于不同空間位置的光電檢測(cè)器接收的多普勒脈沖信號(hào)存在相位差。根據(jù)相位差直接測(cè)出液滴直徑。光電檢測(cè)器接收到的多普勒脈沖信號(hào)的相位按公式(7)計(jì)算：式中：所示。激光發(fā)射探頭與信號(hào)接收探頭各自軸線布置在散射平面內(nèi)，且均指向測(cè)量體中心，信號(hào)接收探頭內(nèi)光電檢測(cè)器按照豎直方向排列。光電檢測(cè)器i和光電檢測(cè)器j接收的多普勒脈沖信號(hào)的相位差(Φ;)按公式(8)計(jì)算：式中：Φ;——光電檢測(cè)器iΦ;——光電檢測(cè)器jΦ;——光電檢測(cè)器iβ;——光電檢測(cè)器jβ;——光電檢測(cè)器i和光電檢測(cè)器j接收的多普勒脈沖信號(hào)的相位差；的多普勒脈沖信號(hào)的相位；的多普勒脈沖信號(hào)的相位；的幾何因子；的幾何因子。由公式(8)可知，液滴直徑和2π周期內(nèi)的相位差之間存在線性關(guān)系，根據(jù)該相位差即可計(jì)算液滴直徑。5測(cè)試設(shè)備5.1液體燃料霧化特性測(cè)試系統(tǒng)5.1.1測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)由液體燃料噴射系統(tǒng)、PDA和同步控制系統(tǒng)組成，如圖2所示。激光由發(fā)射探頭發(fā)射并在霧束中交匯于一點(diǎn)形成測(cè)量體。液滴經(jīng)過測(cè)量體散射的光信號(hào)由信號(hào)接收探頭收集，并傳輸至信號(hào)處理器，得到液滴速度和液滴直徑信息。當(dāng)測(cè)試間斷噴射時(shí)，由同步控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)觸發(fā)PDA與噴射進(jìn)行同步。噴油器的噴射壓力由加壓裝置提供，并由同步控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，計(jì)算機(jī)為操作端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。5GB/T42680—20231——激光發(fā)射探頭；3——激光器及分光光路；11——液體燃料箱。圖2液體燃料霧化特性測(cè)試系統(tǒng)示意圖5.1.2液體燃料噴射系統(tǒng)液體燃料噴射系統(tǒng)按GB/T41770—2022中4.3的規(guī)定執(zhí)行。5.1.3PDA參考圖2所示，來自激光器發(fā)出的激光，經(jīng)過分光光路將每個(gè)波長(zhǎng)的激光分為兩束，通過光纖或反射鏡進(jìn)入激光發(fā)射探頭，經(jīng)過前置透鏡交匯于一點(diǎn)形成測(cè)量體。液滴經(jīng)過測(cè)量體散射的光信號(hào)由信號(hào)接收探頭收集，在光電轉(zhuǎn)換器內(nèi)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，進(jìn)入信號(hào)處理器后，根據(jù)相位多普勒原理識(shí)別同步控制系統(tǒng)用于控制液體燃料噴射系統(tǒng)、PDA等測(cè)試設(shè)備的工作時(shí)序。5.2測(cè)試環(huán)境開放環(huán)境按照GB/T41770—2022中4.2.1的規(guī)定執(zhí)行。5.2.2受限環(huán)境受限環(huán)境如圖3所示，容器內(nèi)部環(huán)境壓力和環(huán)境溫度可以根據(jù)測(cè)試要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，環(huán)境壓力小于容6GB/T42680—2023器最高允許工作壓力。宜采用多視窗結(jié)構(gòu)，其四周應(yīng)至少安裝兩塊光學(xué)觀察視窗，相互之間夾角宜為1——激光發(fā)射探頭；2——信號(hào)接收探頭；3——容器；4——光學(xué)視窗。6測(cè)試條件測(cè)試條件按照GB/T41770—2022中第5章的規(guī)定執(zhí)行。7測(cè)試步驟布置安裝液體燃料噴射系統(tǒng)、PDA,同時(shí)標(biāo)記噴嘴周向安裝位置并記錄其7.2PDA調(diào)試輸入激光發(fā)射探頭、信號(hào)接收探頭的口徑、工作宜選擇更大口徑和更短工作距離的激光發(fā)射探頭。等。激光功率的選擇應(yīng)能滿足對(duì)液滴群的穿透，穿透效果通過多個(gè)周期疊加的“噴油時(shí)刻-液滴速度”變化曲線是否連貫進(jìn)行評(píng)估。7.2.3PDA參數(shù)設(shè)置在系統(tǒng)中輸入待測(cè)液體燃料的折射率和接收探頭的接收角，并根據(jù)實(shí)際測(cè)試條件選擇散射光模式。7GB/T42680—2023的產(chǎn)生液滴群對(duì)PDA信號(hào)接收探頭的俯仰/旋轉(zhuǎn)接收角度及聚焦效果進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最優(yōu)的數(shù)據(jù)率及不低于80%的有效率。若需要測(cè)試高壓環(huán)境中的液體燃料霧化特性，則應(yīng)在受限環(huán)境中加壓測(cè)試。加壓后由于環(huán)境密度發(fā)生改變，應(yīng)通過噴油器進(jìn)行液體燃料噴射進(jìn)一步優(yōu)化信號(hào)接收探頭的俯仰/旋轉(zhuǎn)接收角度及聚焦效果。7.5PDA精細(xì)化調(diào)節(jié)之前設(shè)置的該位置的儀器參數(shù)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)采集。7.5.2.1將測(cè)量體放置于噴油嘴孔軸線下游，在系統(tǒng)中設(shè)置速度范圍使其覆蓋實(shí)際待測(cè)對(duì)象的速度范圍，通過改變發(fā)送至PDA的同步信號(hào)延時(shí)及脈寬，設(shè)置采集時(shí)刻僅覆蓋整個(gè)噴射過程中速度最高的部分，基于此觸發(fā)信號(hào)檢查此時(shí)采集到的多普勒信號(hào)波形，并通過改變信號(hào)接收探頭的空間分辨狹縫/針7.5.2.2改變發(fā)送至PDA的同步信號(hào)延時(shí)及脈寬，設(shè)置采集時(shí)刻覆蓋整個(gè)噴射過程，并適當(dāng)延長(zhǎng)2ms~4ms,確?？梢越邮胀暾囊旱瓮ㄟ^測(cè)量體時(shí)的信號(hào)變化，采集50次～100次噴油循環(huán)，通過為確保測(cè)試數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)意義及較高可信度，將測(cè)量體移至測(cè)試位置。測(cè)量體宜距噴油嘴孔出口測(cè)試結(jié)果。典型數(shù)據(jù)采集不少于100次噴油循環(huán)，如無法獲得連續(xù)可繼續(xù)提高噴油循環(huán)采集次數(shù)。7.8記錄數(shù)據(jù)8數(shù)據(jù)處理8GB/T42680—2023●測(cè)試人員；●測(cè)試地點(diǎn)。●空間濾波狹縫；●光電倍增管電壓；●發(fā)射器和接收器夾角；●測(cè)試點(diǎn)坐標(biāo)?！褚后w燃料種類；●環(huán)境溫度；●噴油器燃料溫度；●通風(fēng)流量/供氣流量；●氣流運(yùn)動(dòng)方向的容器橫截面面積。測(cè)試記錄格式見附錄A。9GB/T42680—2023(資料性)測(cè)試記錄格式見表A.1。表A.1測(cè)試記錄格式液體燃料霧化特性測(cè)試記錄第一部分：通用部分測(cè)試項(xiàng)目名稱測(cè)試時(shí)間測(cè)試人員測(cè)試地點(diǎn)第二部分：噴油器噴油器品牌、型號(hào)噴油嘴孔直徑/mm第三部分：PDA激光器品牌、型號(hào)PDA廠商、型號(hào)激光發(fā)射探頭型號(hào)、焦距信號(hào)接收探頭型號(hào)、焦距激光器輸出功率/kW空間濾波狹縫/μm光電倍增管電壓/V發(fā)射器和接收器夾角/(°)測(cè)試點(diǎn)坐標(biāo)第四部分：測(cè)試條件液體燃料種類液體燃料密度/(kg/m3)液體燃料折射率環(huán)境