【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气液两相流动，更具体的说是涉及一种气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法。
技术介绍
1、气液两相射流存在于许多自然、化学和工业过程中，如雨的形成、废水处理和燃烧室中的喷雾雾化。其中，双流体雾化是气液两相射流的一个重要类别，这种雾化方法产生的喷雾本质上涉及载相(通常为气体)湍流的随机性和分散相(通常为液体)分布的多分散性，属于相对复杂的多相流动问题。空气辅助喷雾作为一种双流体雾化方法，其显著特征是喷雾内部自带气体高速射流。在这种条件下，外部气相流动会对喷雾内部液滴产生强烈剪切作用，高速气体射流通常所具备的强烈湍流特性也会诱发喷雾液滴发生湍流破碎等。因此，气液两相射流中液滴外部气相湍流特性的量化与预测是深入理解和揭示空气辅助喷雾特性的关键。由于高性能成像和激光诊断技术的最新进展，目前对气液两相射流检测的常用方法有粒子图像测速技术(particle imagevelocimetry，pⅳ)和相位多普勒粒子测试技术(phase doppler anemometry，pda)，这两种方法各有优缺点。因此，为研究喷雾区域的雾化机制、喷雾性能和喷雾液滴行为，需要根据具体应用需求、流动特性和经济性来选择合适的检测技术。
2、空气辅助喷射系统在工作时，经过初步预混合的燃料与压缩空气混合物会通过空气喷嘴形成高速气液双流体射流，并逐渐发展成为最终的可视喷雾。气液两相射流的显著特征之一就是气相和液相之间存在强烈的相互作用。
3、然而现有技术中以下问题：
4、1、piv无法同步测量液相流场信息。piv
5、2、pda无法同步测量气相流场信息。pda依赖于粒子的光散射来测量速度和直径；在气液两相射流中，液相粒子的尺寸通常较大且能有效散射光线，而气相中的气泡或气体泡的大小可能较小或不规则，使得它们散射光线的特性与液相粒子差异很大；气相太小或反射光的强度太弱，导致难以准确测量气相流场信息。此外，在气液两相射流中，气相和液相粒子的光散射信号可能会发生混叠，这使得难以将两种粒子的散射信号分开来进行独立测量。pda系统通常设计用于测量单一相(例如液相)的粒子特性，对于气液两相混合的情况，信号的解析和分离会变得复杂。虽然pda技术在液相粒子的测量上表现良好，但在气液两相射流中同步测量气相的流场信息是具有挑战性的，通常需要其他专门的技术或算法结合pda系统来解决这些问题。
6、因此，在现有的气液两相射流与喷雾中，液滴作为离散相分散在连续的气相中。气相流动的速度特性对于进一步了解液滴-气体相互作用和液滴二次破碎分析至关重要。然而，实验条件下在准确测量液滴速度和直径的同时，对液滴周围的运动速度进行同步测量仍存在较大难度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，利用空气辅助喷雾测量的pda系统，在实现对气液两相流场信息进行同步测量的同时，也实现了对气液两相射流湍流特性的测量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，包括以下步骤：
4、建立空气辅助喷雾测量的pda系统，并在相同工况下对喷雾特性参数进行多次测量，以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性；
5、选取喷雾场中特定大小的液滴作为示踪液滴，计算示踪液滴的轴向速度的平均值用于评估局部气相流动速度，并计算示踪液滴的终端速度；
6、计算示踪液滴的斯托克斯数，并与已知的流动跟随特征标准进行比较，以验证示踪液滴在气相中的流动跟随特性；
7、利用局部气相流动速度，分析气相湍流运动的特性。
8、进一步地，所述空气辅助喷雾测量的pda系统，包括：多线激光器、光学检测器和信号处理器；所述光学检测器，包括：发射器、透镜和接收探头；
9、所述多线激光器用于产生水平偏振光束，包括：两个波长λ＝514.5nm和两个波长λ＝488nm的激光束；
10、所述激光束通过光纤传输至发射器，并经由焦距为310mm的透镜对称相交，相交的光束形成轴长为76×76×630μm的椭球形测量体，当喷雾中的液滴经过所述椭球形测量体时，激光束被所述液滴散射，形成散射光信号；所述接收探头与多线激光器的发射轴线成70°角放置；
11、所述接收探头用于将散射光信号转换成电信号，并传输给存储机；
12、所述信号处理器用于对存储机内的电信号进行过滤处理、分析并记录。
13、进一步地，两个所述波长λ＝514.5nm的激光束为绿色激光束，用于测量液滴的轴向速度和直径；
14、两个所述波长λ＝488nm的激光束为蓝色激光束，用于测量液滴的径向或切向速度。
15、进一步地，在所述相同工况下对喷雾特性参数进行多次测量，以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性，具体为：
16、对喷雾轴线上的液滴速度进行多次测量，求取平均值，并根据标准误差量化不确定度use，用以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性；
17、其中，液滴速度的平均值的表达式为：
18、
19、上式中，喷雾轴线中心左边的液滴平均速度，为喷雾轴线中心右边液滴平均速度；
20、其中，
21、
22、上式中，fd为多普勒频率，λ为绿色激光束的波长，θ为发射器发出的两束激光的交叉角；
23、其中，根据标准误差量化不确定度use，用以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性的表达式为：
24、
25、其中，n为测量液滴直径和速度的实验次数，xi为每次测量液滴直径和速度的实验的测量结果，x表示多次测量液滴直径和速度的测量结果的算术平均值，use为计算实际误差值与多次测量平均值之比得到的无量纲结果。
26、进一步地，所述计算示踪液滴的轴向速度的平均值用于评估局部气相流动速度，并计算示踪液滴的终端速度；其中，计算示踪液滴的轴向速度的平均值用于评估局部气相流动速度的表达式为：
27、
28、上式中，ug为局部气相流动速度，ut为示踪液滴轴向速度，为直径小于5μm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述空气辅助喷雾测量的PDA系统，包括：多线激光器、光学检测器和信号处理器；所述光学检测器，包括：发射器(1)、透镜和接收探头(4)；
3.根据权利要求2所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，两个所述波长λ＝514.5nm的激光束为绿色激光束，用于测量液滴的轴向速度和直径；
4.根据权利要求3所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，在所述相同工况下对喷雾特性参数进行多次测量，以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性，具体为：
5.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述计算示踪液滴的轴向速度的平均值用于评估局部气相流动速度，并计算示踪液滴的终端速度；其中，计算示踪液滴的轴向速度的平均值用于评估局部气相流动速度的表达式为：
6.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法
7.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述利用局部气相流动速度，分析气相湍流运动的特性，具体为：
8.根据权利要求7所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述通过计算气相流动的脉动速度均方根与局部气相流动速度的比值，得到喷雾场中的气相湍流强度τtur的表达式为：
9.根据权利要求7所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述利用最大湍流尺度和局部的气相流动速度，计算局部气相流动的雷诺数Reg的表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述空气辅助喷雾测量的pda系统，包括：多线激光器、光学检测器和信号处理器；所述光学检测器，包括：发射器(1)、透镜和接收探头(4)；
3.根据权利要求2所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，两个所述波长λ＝514.5nm的激光束为绿色激光束，用于测量液滴的轴向速度和直径；
4.根据权利要求3所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，在所述相同工况下对喷雾特性参数进行多次测量，以验证喷雾场中喷雾特性参数的准确性和可重复性，具体为：
5.根据权利要求1所述的气液两相射流中气相湍流特性测量与预测方法，其特征在于，所述计算示踪液滴的轴向速度的平...
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