全场彩虹技术测量喷雾浓度及粒径分布 - 物理学报.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 9 (2013) 090703 全场彩虹技术测量喷雾浓度及粒径分布* 1 1† 2 1 1 吴迎春 吴学成 Sawitree Saengkaew 姜淏予 洪巧巧 ´ ´ 2 1 Gerard Grehan 岑可法 1) ( 浙江大学能源工程学系, 能源清洁利用国家重点实验室, 杭州 310027 ) ´ 2) ( UMR 6614/CORIA, LABEX EMC3, Centre National de la Recherche Scientifique, Universite et Institut National des Sciences ´ ´ Applique s de Rouen, Site du Madrillet, Avenue de l’Universite, BP12 76801 Saint Etienne du Rouvray, France ) ( 2012 年11 月8 日收到; 2012 年12 月4 日收到修改稿) 喷雾颗粒的浓度、粒径等多参数的同时测量是研究喷雾的关键. 对应用全场彩虹技术测量双组分液滴的浓度 及粒径分布进行了研究. 基于改进的Nussenzweig 理论, 对液滴折射率和粒径分布采用无分布函数算法进行最优化 求解, 然后通过折射率与浓度的关系反推液滴浓度. 用模拟全场彩虹信号对该算法进行了验证, 该算法可准确反演 具有单峰分布、双峰分布粒径特征的液滴群的折射率与粒径分布. 并对体积分数从0%到100%的乙醇溶液喷雾进 行了实验测量, 结果表明, 所测得折射率与理论值符合, 粒径分布稳定. 该技术在喷雾浓度测量方面具有广阔的应用 前景. 关键词: 全场彩虹技术, 折射率, 粒径, 组分 PACS: 07.60.Hv, 42.25.Fx, 47.80.v DOI: 10.7498/aps.62.090703 场. 遗憾的是, 上述测量技术无法获得喷雾液滴的 1 引言 浓度参数. 球形透明液滴的一阶主彩虹的角度位置对液 喷雾流场在工业过程中有广泛应用, 喷雾流 滴的折射率变化非常敏感, 而液滴折射率随液滴 场中液滴粒径、组分等参数的在线测量对研究和 组分浓度、温度等参数变化而变化; 同时, 一阶主 优化喷雾流场具有重要意义. 如在能源环境方面, 彩虹的形状对液滴粒径敏感. 彩虹技术是通过测 1 2 量球形液滴的主彩虹角度附近的散射光亮度, 从而 喷雾液滴蒸发 、冷凝 等过程的测量, 湿法脱 硫、脱硝中, 喷雾液滴内吸收污染物的吸收效率 反演液滴折射率、粒径、浓度和温度等参数. 彩 6 (即液滴内污染物浓度) 测量, 以及CCS (碳捕捉与