[发明专利]一种液滴粒子蒸发过程的检测及其蒸发速率测量方法

说明书

本发明公开了一种液滴粒子蒸发过程的检测及其蒸发速率测量方法，采用两强度相等的片状光束相向照射球形液滴粒子，在90°散射角区域记录粒子散射光所形成的聚焦两点像或干涉条纹图，得到粒子直径d；由时间序列的聚焦两点像或干涉条纹图，得到粒径随时间变化关系曲线(d‑t)，实现液滴蒸发过程检测。由d²‑t曲线拟合得到液滴蒸发速率。将不同时间时的粒径平方相减，由粒径平方差和时间间隔，计算得到液滴平均蒸发速率；计算t时刻液滴的表面积和体积，由液滴表面积和体积的变化，计算得到单位表面积的蒸发速率。这种非接触测量具有原理简单、测量精度高、实用性强等特点，可用于喷雾雾化、喷雾燃烧场、以及化工过程等液滴粒子蒸发过程及蒸发率测量。

技术领域

本发明涉及液滴蒸发过程及其蒸发速率测量领域，尤其涉及一种液滴粒子蒸发过程的检测及其蒸发速率测量方法。

背景技术

液滴蒸发是喷雾、化工等过程中的一种基本的物理现象，精确把握液滴蒸发过程及其规律，对提高生产效率、节能、环保以及工艺稳定性具有重要的意义。液滴蒸发过程的检测通常是根据液滴粒子尺寸变化实现的，已提出基于不同测量原理、适用于不同测量对象的多种测量技术和方法。基于光学测量方法主要有：

成像法，该方法是记录液滴粒子在不同时间的图像，通过对所记录的图像处理，提取液滴粒子直径，进而得到液滴的质量，实现蒸发过程检测。由两幅图像的质量差和时间间隔得到液滴的蒸发速率。对微小液滴粒子，通过显微镜对微小液滴成像，通常称为显微照相方法，其实质就是成像法。

干涉粒子成像技术(IPI:Interferometric Particle Imaging),也称为相位干涉粒子成像技术(PHIPI:Phase Interferometric Particle Imaging)，该技术是片状光束照射球形透明粒子，粒子发生散射，成像透镜收集经粒子表面的0阶反射光和经粒子内一次折射的1阶折射光，在离焦像面上形成干涉条纹图，提取条纹图的条纹数或条纹频率，计算得到液滴粒子直径。液滴蒸发，粒径变化，光程差变化，干涉条纹相位变化，故其条纹图的条纹数或条纹频率变化，通过条纹变化研究液滴蒸发过程及蒸发速率。

在这种单光束系统中，粒子干涉条纹是由p＝0阶反射光与p＝0阶折射光干涉产生，粒子直径d的计算与其折射率有关。对折射率随粒子尺寸变化的情况，如喷雾燃烧场，若再将折射率看作常数，计算得到的粒子直径是不精确的，从而影响了液滴蒸发速率的测量精度。

发明内容

本发明提供了一种液滴粒子蒸发过程的检测及其蒸发速率测量方法，本发明解决了现有IPI测量方法的上述不足，粒径测量不受折射率的影响，具有很高的测量精度，可用于液滴粒子蒸发检测，详见下文描述：一种液滴粒子蒸发过程的检测及其蒸发速率的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

1)两强度相等的片状光束相向照射粒子，在90°散射角区域，成像透镜收集粒子散射光，在聚焦像面上形成聚焦两点像或在离焦像面上形成离焦条纹图；

2)记录时间序列的粒子聚焦两点像或干涉条纹图，提取聚焦两点像间距或条纹图的条纹数，对聚焦两点像或条纹图计算得到相应时间时的粒子直径d；

3)由不同时间的粒子直径d，得到粒径随时间变化关系曲线，即d-t关系曲线，实现液滴蒸发过程的检测，并得到d²-t关系曲线，对该曲线拟合得到粒子蒸发速率；

4)将不同时间时的粒径平方和相减，得到两种状态下粒径差；由粒径差和时间间隔，计算得到平均蒸发速率获取t时刻该液滴的表面积S＝4π(d/2)²和体积V＝4π(d/2)³/3，也可由v＝ρΔV/S_mΔt计算得到平均蒸发速率，其中ΔV＝V₁-V₂，S_m＝(S₁+S₂)/2，ρ为液滴密度，其中，Δm为粒子质量变化量，C为系数。