相位多谱勒技术在粒子测量应用中的若干问题

　　1前言

　　在气固、气(汽)液或固液两相流动的实验研究，如盐雾分离、喷油雾化、饱和器(喷水雾化)、流化床(气固两相流)中，一般都需要获得透明或非透明粒子在实验件中的大小、分布、浓度及其流动情况等。由粒径和浓度可以导出通流量，因此粒径尤其是透明粒子粒径的测量，在动力工程实验中占有重要的地位。目前，相位多谱勒技术(PDA)已经成为测量喷雾粒子及其它球形粒子(或接近球形分布)的大小和速度特性的常用方法，并成功地应用到汽轮机和火箭喷管所产生的高密度喷雾、高湍流度燃烧测试、燃气轮机燃烧室中的喷雾研究及流化床的气固两相流动测试中。然而对于粒子测量，由于相位多谱勒技术在原理上的复杂性和测试光路的严格要求，各种粒子测试仪器仍处于发展之电b本文结合实验要求，介绍了相一位多谱勒甘术测量原理、一些影响测量仪器精度的问:题及月前所采用的几种解决方法。

　　2 PDA技术墓攀原理

　　激光照射到运动粒子上合产生散射光，通过分析接收光的多谱勒频移可以计算出粒子速度，由相位变化可以求得球形粒子的粒径，、从而可间接知道通派量。所以，相位多谱勒技术((PDA)是激光多谱勒测速技术(LDA)的进一步扩展。

　　LDA测试系统示意图如图1所示。入射激光经过分光棱镜后暗成两束相同频率、相同相位的光束，并以一定角度寸目交子测量空间某处，形成一椭球体。粒子穿越此椭刹阎本时形成散射光(反射光和折射光)。由于粒子具有一定的速l照射到粒子上的每束光在各个方向上形成的散射光的多谱勒频移相同。采用一个光探测器同时接收不同方向的两束散射光，通过分析这两束光线的频率差即可以反算粒子在某一方向的速度。LDA技术对于接收探测器位置没有非常严格的要求，亦即接收探测器与发射探头所成角度甲的范围很大，所引入的误差亦很小。

　　PDA测试系统示意图如图2所示.。随着两个光探测器位置的，改变、两束相交光束的反射光光程也不同，当粒子穿过测量体时，两个光探测器接收同频率的多谱勒信号，但是由于探测器的位置不同。所接受的信号具有不.同相位，因此，如果在圆周方向布置几个光探测器，根据其接收信号.的相差关系、通过相位差和粒子直径关系式可求解粒子直径。.然而，对于表明球形粒子，如油雾、水雾的散射光既包括反射光，也包括光穿越粒子几何体时在球体内部因反射的次数不同而形成不同级次的折射光，光信号接收系统就很难布置。此时，由于实际散射光的多值性，如仍把按照经典Mi。散射理论进行计算将会很复杂。事实上为建立相位与粒径的线性模型，往往采用许多近似，特别是把散射光简化成几何光学模型，分解透明粒子内部一次或两次内反射分量的贡献。这样，就建立了一些不同形式简化后的相位与粒径的线性关系，如其中的一种表达式为: