ICS27.060 CCS F 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T426802023
基于相位多普勒技术的液体燃料雾化特性
测试方法
Test method for liquid fuel atomization characteristics using phase
Doppler technique
2023-12-01实施
2023-05-23发布
国家市场监督管理总局 发布国家标准化管理委员会 GB/T42680—2023
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
测试原理 5 测试设备测试条件
4
6 7 测试步骤 8 数据处理 9 测试记录附录A（资料性) 测试记录格式参考文献
6
10 GB/T42680—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国燃烧节能净化标准化技术委员会（SAC/TC441)提出并归口。 本文件起草单位：北京理工大学、中徽机电科技股份有限公司、清华大学、西南科技大学、潍柴动力
股份有限公司、中国科学院工程热物理研究所、安徽江淮汽车集团股份有限公司、湖南华菱源钢铁有限公司、安徽省特种设备检测院、北京麦迪光流测控技术有限公司、广西银翼动力科技有限公司、上海交通大学、重庆长安汽车股份有限公司、安徽全柴动力股份有限公司、浣江实验室、中国科学技术大学、安徽省凤形新材料科技有限公司、博瑞特热能设备股份有限公司。
本文件主要起草人：何旭、林其钊、王字满、李雁飞、马骁、赵冬梅、王井山、贾德民、刘艳、赵礼飞、 刘涛、宋澜波、张海涛、张尧、白冰、乔信起、周月桂、刘发发、钱多德、刘克华、王高峰、李向荣、魏文品、 陈维新、张其林、徐咏梅。
I GB/T42680—2023
基于相位多普勒技术的液体燃料雾化特性
测试方法
1范围
本文件描述了基于相位多普勒技术进行液体燃料雾化特性测试的方法，包括测试原理、测试设备测试条件、测试步骤、数据处理和测试记录。
本文件适用于液体燃料雾化特性的测试。
规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T41770—2022 基于背光成像技术的液体燃料喷射特性测试方法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
雾化特性 atomizationcharacteristics 用于表征液体燃料喷射破碎后形成的液滴的微观特征参数。 注：包括液滴速度、液滴直径。
3.1.1
液滴速度 dropletvelocity 液体燃料喷射破碎后形成的液滴的速度。
3.1.2
液滴直径 dropletdiameter 液体燃料喷射破碎后形成的液滴的直径。
3.2
多普勒效应 Dopplereffect 波源和观察者做相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率不同的现象
3.3
相位多普勒分析仪 phaseDoppleranalyzer;PDA 利用多普勒效应，同时测试液滴速度和液滴直径的测试系统。
3.4
测量体 probevolume 相位多普勒分析仪中，多束激光交汇处所形成的测试空间。
1 GB/T42680—2023
3.5
多普勒脉冲信号Dopplerburstsignal 运动液滴经过测量体时，散射出呈高斯分布形态的周期性变化的光信号。
3.6
多普勒频率Dopplerfrequency 运动液滴散射光的频率与原始人射激光频率之差。
3.7
测试位置 probeposition 相位多普勒分析仪中，测量体的中心位于测试坐标系的坐标位置。
3.8
平均直径 meandiameter D10 液滴直径的算术平均值，即参与统计的液滴直径之和除以液滴数量。 注：D按公式(1)计算：
1D
Dro N4
...........(1)
式中： N 参与统计的液滴数量： D; 参与统计的液滴直径，单位为微米（μm）。
3.9
索特平均直径 Sauter mean diameter D 32 参与统计的液滴直径的立方和与平方和之比。 注：Da按公式(2)计算：
...(2 )
力
3.10
10%体积分数直径 10%fractional volume diameter D vo,1 参与统计的液滴中，液滴体积分布的累积函数为0.1时所对应的液滴直径。 注：Dvo.1按公式（3)计算：
Dvo.1 = Q (0.1)
(3)
式中： Q: 体积分布的累积函数，由GB/T15445.1一2008中的5.2确定。
3.11
50%体积分数直径50%fractionalvolumediameter Dvo.5 参与统计的液滴中，液滴体积分布的累积函数为0.5时所对应的液滴直径。 注：体积分数Dvo.5按公式(4)计算：
Dvo.5 = Q (0.5)
（4）
3.12
90%体积分数直径 90%fractionalvolumediameter Dvo. 参与统计的液滴中，液滴体积分布的累积函数为0.9时所对应的液滴直径。 注：体积分数Dvo.。按公式(5)计算：
2 GB/T42680—2023
Dvo0.9 = Q"(0.9)
.( 5 )
3.13
平均速度 meanvelocity 速度的算术平均值，即参与统计的液滴速度瞬时值之和与液滴数量的比值
3.14
均方根速度 rootmean square velocity 参与统计的液滴速度瞬时值的平方和与液滴数量的比值的平方根。
3.15
速度瑞流度 velocityturbulenceintensity 参与统计的液滴速度瞬时值的标准差与平均速度的比值。
3.16
数据率datarate 信号处理器每秒获得的有效数据的数量。
3.17
有效率 validationratio 信号处理器获得的有效数据的数量占原始数据数量的百分比。
测试原理
4
测试原理如图1所示。激光发射探头发射两束激光，为了判断液滴速度分量的方向，两束激光的频
率不相同，频率较低的激光称为非频移激光，频率较高的激光称为频移激光，由于频差对波长的影响较小，波长的变化可以忽略。两束激光交汇于一点形成测量体，因为两束激光相于，所以在测量体处产生明暗相间的滚动干涉条纹。液滴经过测量体时，产生多普勒效应，干涉条纹的存在导致液滴散射光的光强发生周期性变化。光电检测器接收到散射光信号后将其转换为多普勒脉冲信号，其频率（多普勒频率）与液滴速度相关，多个光电检测器接收到的多普勒脉冲信号之间的相位差与液滴直径相关。
标引序号说明：
激光发射探头；信号接收探头；光电检测器：数据分析；喷油器；测量体；人射激光相交的锐角；信号接收探头轴线与激光发射探头轴线正向的夹角；光电检测器与测量体中心连线的夹角。
2 3 4 5 6 0 S y
图1 测试原理示意图
3 GB/T42680—2023
将两束人射激光所构成的平面定义为激光平面。通过人射激光相交的锐角平分线并与激光平面相垂直的平面为散射平面。液滴的速度分量为U，其方向垂直于散射平面，正向由激光发射探头出口位置处非频移激光指向频移激光，反之为负，液滴速度分量按公式（6)计算：
1
U=
.(6)
2 sin(0/2)fp
式中： U —-入射激光波长，单位为米（m）；
液滴速度分量，单位为米每秒（m/s)；
入
—一入射激光相交的锐角，单位为度（°）； f D 多普勒频率，单位为赫兹（Hz）。 处于不同空间位置的光电检测器接收的多普勒脉冲信号存在相位差。根据相位差直接测出液滴直
径。光电检测器接收到的多普勒脉冲信号的相位按公式（7)计算：
Φ=DB
.(7)
7
式中： d 元———圆周率； β-几何因子。 几何因子(β)取决于散射模式、液滴和空气之间的相对折射率和三个角度，散射模式包括：液滴外
多普勒脉冲信号的相位；
表面的反射、通过液滴的折射（一阶折射）和一次内反射的折射（二阶折射）；角度θ、9和出的定义如图1 所示。激光发射探头与信号接收探头各自轴线布置在散射平面内，且均指向测量体中心，信号接收探头内光电检测器按照竖直方向排列。
光电检测器i和光电检测器i接收的多普勒脉冲信号的相位差（Φ；）按公式（8）计算：
Φ;=,@= D(β;β:)
...(8)
入
式中：
光电检测器i和光电检测器接收的多普勒脉冲信号的相位差；
Φ，光电检测器i的多普勒脉冲信号的相位； Φ, 光电检测器i的多普勒脉冲信号的相位： β；—-—光电检测器i的几何因子； β; 一光电检测器i的几何因子。 由公式（8）可知，液滴直径和2元周期内的相位差之间存在线性关系，根据该相位差即可计算液滴
直径。
5测试设备
5.1液体燃料雾化特性测试系统 5.1.1测试系统组成
测试系统由液体燃料喷射系统、PDA和同步控制系统组成，如图2所示。激光由发射探头发射并在雾束中交汇于一点形成测量体。液滴经过测量体散射的光信号由信号接收探头收集，并传输至信号处理器，得到液滴速度和液滴直径信息。当测试间断喷射时，由同步控制系统发出的信号触发PDA与喷射进行同步。喷油器的喷射压力由加压装置提供，并由同步控制系统驱动，计算机为操作端与数据存储设备。 4 GB/T42680—2023
/70°
2
3
5
标引序号说明：
激光发射探头；雾束；激光器及分光光路；测量体；信号接收探头；信号处理器；计算机；同步控制系统；喷油器；
1
2 3 4 5 6 ~ 8 9 10 加压装置； 11- 液体燃料箱。
图2液体燃料雾化特性测试系统示意图
5.1.2液体燃料喷射系统
液体燃料喷射系统按GB/T41770一2022中4.3的规定执行。 5.1.3PDA
参考图2所示，来自激光器发出的激光，经过分光光路将每个波长的激光分为两束，通过光纤或反射镜进人激光发射探头，经过前置透镜交汇于一点形成测量体。液滴经过测量体散射的光信号由信号接收探头收集，在光电转换器内将光信号转变为电信号，进入信号处理器后，根据相位多普勒原理识别液滴速度和液滴直径，并回传至计算机。 5.1.4同步控制系统
同步控制系统用于控制液体燃料喷射系统、PDA等测试设备的工作时序。 5.2 测试环境 5.2.1开放环境
开放环境按照GB/T41770一2022中4.2.1的规定执行。 5.2.2 受限环境
受限环境如图3所示，容器内部环境压力和环境温度可以根据测试要求进行调节，环境压力小于容
5