CN107449697A - 一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置和方法，属于雾化检测技术领域。该测试装置雾化室底部连通喷枪，雾化室一侧通过控制阀、流量计连接燃油槽，另一侧通过控制阀、流量计连接空气泵，玻璃容器顶部***喷枪，玻璃容器一侧设有平面连续激光器，平面连续激光器发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器与高速摄像机在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机上设有滤波片，平面连续激光器连接计算机控制装置，高速摄像机连接计算机图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽中放置加入荧光剂的燃油。该装置结构简单，性能较好；该方法具有能够可视化、低成本、使用范围广泛、操作简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置和方法，属于雾化检测技术领域。
背景技术
基于燃油浸没式喷吹的熔池熔炼技术在有色金属冶炼的熔炼与吹炼过程有着广泛应用。燃油浸没喷吹实质是燃油在喷枪中气流的高速冲击作用下破碎雾化，并在熔体中燃烧放热，提供熔炼过程中所需的热量并对熔体起到强烈的搅动作用，加快造锍过程，提高造锍效率。
燃油在熔体中的雾化分散特性直接影响浸没喷吹的效果。燃油油雾颗粒分散的均匀度以及油雾颗粒在熔体中的分布会影响到浸没喷吹过程的传热、搅动效果和熔体中的物理化学反应。
但在运行过程中，由于熔体处于高温（>1400K）且不透明状态，现有的测试手段无法确定熔体内部燃油的雾化分散特性。本测试方法采用水模型冷态模拟，对水中燃油的雾化进行成像测试，得到水中燃油的雾化分散特性。对实际熔池熔炼有着重要的参考价值。
公开号为CN106523231A的发明专利“一种电控喷油器雾化检测装置及检测方法”，该发明专利通过电控喷油器模拟内燃机喷油器，主要用于检测内燃机燃油雾化的特性，但较难使用在浸没式喷吹雾化的特性检测上。
公开号为CN106338387A的发明专利“一种燃油喷嘴雾化检测设备”，该发明专利是一种燃油喷嘴雾化检测设备，能够对燃油喷嘴和组合喷嘴进行模拟试验，主要用于燃气起动机的燃油雾化效果的检测。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置和方法。该装置结构简单，性能较好；该方法具有能够可视化、低成本、使用范围广泛、操作简单的优点，本发明通过以下技术方案实现。
一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，包括燃油槽1、空气泵2、控制阀3、流量计4、雾化室5、双层固定板6、喷枪7、平面连续激光器8、计算机9、高速摄像机10、滤波片11、固定孔12和玻璃容器，雾化室5一侧通过控制阀3、流量计4连接燃油槽1，另一侧通过控制阀3、流量计4连接空气泵2，雾化室5底部连通喷枪7，玻璃容器顶部中间位置设有双层固定板6，双层固定板6中间位置设有固定孔12，固定孔12中***喷枪7，玻璃容器一侧设有平面连续激光器8，平面连续激光器8发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器8与高速摄像机10在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机10上设有滤波片11，平面连续激光器8连接计算机9控制装置，高速摄像机10连接计算机9图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽1中放置加入荧光剂的燃油。
所述喷枪7为双层套管喷枪，双层套管喷枪上设有燃油入口13和空气入口14。
上述固定孔12内部包有橡胶圈，用于固定并调节玻璃容器和喷枪7的位置。
一种激光测试装置的应用方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将荧光剂加入到燃油中，其中荧光剂与燃油的质量比为1:40~60，然后置于燃油槽1中，通过空气泵2、控制阀3、流量计4将空气与燃油槽1中的加入荧光剂的燃油喷入到雾化室5中在空气的冲击作用下破碎雾化成油雾；
步骤2、将步骤1得到的油雾通过喷枪7喷吹到放置水溶液的玻璃容器中，步骤1的同时打开平面连续激光器8、设有滤波片11的高速摄像机10和计算机9，设置的激光波长与荧光剂的吸收波长一致，滤波片11透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长，将高速摄像机10采集到的图像输送到计算机9图像采集装置中得到喷吹雾化颗粒的分散特性图像。
所述燃油为石化燃油或生物质燃油。
所述荧光剂为间三甲苯、四溴荧光素或蒽脂溶性荧光剂。
本发明的有益效果是：
（1）该装置结构简单，性能较好；
（2）该测试方法可以可视化的观测燃油浸没式喷吹雾化的分散效果。
（3）该测试方法所需的设备种类、数量少，技术成本低。
（4）该测试方法基于的平面激光技术、荧光示踪技术非常成熟，测试方法简单、有。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是本发明双层固定板主视示意图；
图3是本发明双层固定板俯视示意图；
图4是本发明双层固定板左侧示意图；
图5是本发明双层套管喷***构示意图；
图6是本发明实施例1得到的柴油浸没式喷吹雾化颗粒的分散特性图，图a为喷吹开始后t=0.05s油雾分散特性图，图b为t=0.15s时的油雾分散特性图。
图中：1-燃油槽，2-空气泵，3-控制阀，4-流量计，5-雾化室，6-双层固定板，7-喷枪，8-平面连续激光器，9-计算机，10-高速摄像机，11-滤波片，12-固定孔，13-燃油入口，14-空气入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至5所示，该基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，包括燃油槽1、空气泵2、控制阀3、流量计4、雾化室5、双层固定板6、喷枪7、平面连续激光器8、计算机9、高速摄像机10、滤波片11、固定孔12和玻璃容器，雾化室5一侧通过控制阀3、流量计4连接燃油槽1，另一侧通过控制阀3、流量计4连接空气泵2，雾化室5底部连通喷枪7，玻璃容器顶部中间位置设有双层固定板6，双层固定板6中间位置设有固定孔12，固定孔12中***喷枪7，玻璃容器一侧设有平面连续激光器8，平面连续激光器8发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器8与高速摄像机10在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机10上设有滤波片11，平面连续激光器8连接计算机9控制装置，高速摄像机10连接计算机9图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽1中放置加入荧光剂的燃油。
其中喷枪7为双层套管喷枪，双层套管喷枪上设有燃油入口13和空气入口14；上述固定孔12内部包有橡胶圈，用于固定并调节玻璃容器和喷枪7的位置。
该激光测试装置的应用方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将1.0g荧光剂（四溴荧光素，醇溶，吸收波长：480nm，发射波长：540nm）加入50g燃油（生物质燃油）中（荧光剂与燃油的质量比为1:50）然后置于燃油槽1中，通过空气泵2、控制阀3、流量计4将空气与燃油槽1中的加入荧光剂的燃油喷入到雾化室5中在空气的冲击作用下破碎雾化成油雾；
步骤2、将步骤1得到的油雾通过喷枪7喷吹到放置水溶液的玻璃容器中，步骤1的同时打开平面连续激光器8、设有滤波片11（540窄带滤波片）的高速摄像机10和计算机9，设置的激光波长与荧光剂的吸收波长一致（波长：480nm），滤波片11透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长（滤波片11具体的透波范围为530~550nm，半带宽40nm），将高速摄像机10采集到的图像输送到计算机9图像采集装置中得到喷吹雾化颗粒的分散特性图像。
图6为高速相机10拍摄得到的数字图片经过处理转换成容易分辨的PLIF粒子分布伪彩图，每一个粒子代表一颗油雾颗粒。图6（a）、（b）分别为为喷吹开始后t=0.05s、t=0.15s时的油雾分散特性图。从图中可以看到随时间的增加，油雾逐渐分散，与预想结果一致。
实施例2
如图1至5所示，该基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，包括燃油槽1、空气泵2、控制阀3、流量计4、雾化室5、双层固定板6、喷枪7、平面连续激光器8、计算机9、高速摄像机10、滤波片11、固定孔12和玻璃容器，雾化室5一侧通过控制阀3、流量计4连接燃油槽1，另一侧通过控制阀3、流量计4连接空气泵2，雾化室5底部连通喷枪7，玻璃容器顶部中间位置设有双层固定板6，双层固定板6中间位置设有固定孔12，固定孔12中***喷枪7，玻璃容器一侧设有平面连续激光器8，平面连续激光器8发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器8与高速摄像机10在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机10上设有滤波片11，平面连续激光器8连接计算机9控制装置，高速摄像机10连接计算机9图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽1中放置加入荧光剂的燃油。
其中喷枪7为双层套管喷枪，双层套管喷枪上设有燃油入口13和空气入口14；上述固定孔12内部包有橡胶圈，用于固定并调节玻璃容器和喷枪7的位置。
该激光测试装置的应用方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将1.0g荧光剂（间三甲苯，吸收波长：285nm，发射波长：350nm）加入40g燃油（生物质燃油）中（荧光剂与燃油的质量比为1:40）然后置于燃油槽1中，通过空气泵2、控制阀3、流量计4将空气与燃油槽1中的加入荧光剂的燃油喷入到雾化室5中在空气的冲击作用下破碎雾化成油雾；
步骤2、将步骤1得到的油雾通过喷枪7喷吹到放置水溶液的玻璃容器中，步骤1的同时打开平面连续激光器8、设有滤波片11（350窄带滤波片）的高速摄像机10和计算机9，设置的激光波长与荧光剂的吸收波长一致（波长：285nm），滤波片11透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长（滤波片11具体的透波范围为340~360nm，半带宽40nm），将高速摄像机10采集到的图像输送到计算机9图像采集装置中得到喷吹雾化颗粒的分散特性图像。
实施例3
如图1至5所示，该基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，包括燃油槽1、空气泵2、控制阀3、流量计4、雾化室5、双层固定板6、喷枪7、平面连续激光器8、计算机9、高速摄像机10、滤波片11、固定孔12和玻璃容器，雾化室5一侧通过控制阀3、流量计4连接燃油槽1，另一侧通过控制阀3、流量计4连接空气泵2，雾化室5底部连通喷枪7，玻璃容器顶部中间位置设有双层固定板6，双层固定板6中间位置设有固定孔12，固定孔12中***喷枪7，玻璃容器一侧设有平面连续激光器8，平面连续激光器8发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器8与高速摄像机10在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机10上设有滤波片11，平面连续激光器8连接计算机9控制装置，高速摄像机10连接计算机9图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽1中放置加入荧光剂的燃油。
其中喷枪7为双层套管喷枪，双层套管喷枪上设有燃油入口13和空气入口14；上述固定孔12内部包有橡胶圈，用于固定并调节玻璃容器和喷枪7的位置。
该激光测试装置的应用方法，其具体步骤如下：
步骤1、首先将1.0g荧光剂（间三甲苯，吸收波长：285nm，发射波长：350nm）加入40g燃油（生物质燃油）中（荧光剂与燃油的质量比为1:60）然后置于燃油槽1中，通过空气泵2、控制阀3、流量计4将空气与燃油槽1中的加入荧光剂的燃油喷入到雾化室5中在空气的冲击作用下破碎雾化成油雾；
步骤2、将步骤1得到的油雾通过喷枪7喷吹到放置水溶液的玻璃容器中，步骤1的同时打开平面连续激光器8、设有滤波片11（350窄带滤波片）的高速摄像机10和计算机9，设置的激光波长与荧光剂的吸收波长一致（波长：285nm），滤波片11透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长（滤波片11具体的透波范围为340~360nm，半带宽40nm），将高速摄像机10采集到的图像输送到计算机9图像采集装置中得到喷吹雾化颗粒的分散特性图像。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，其特征在于：包括燃油槽（1）、空气泵（2）、控制阀（3）、流量计（4）、雾化室（5）、双层固定板（6）、喷枪（7）、平面连续激光器（8）、计算机（9）、高速摄像机（10）、滤波片（11）、固定孔（12）和玻璃容器，雾化室（5）一侧通过控制阀（3）、流量计（4）连接燃油槽（1），另一侧通过控制阀（3）、流量计（4）连接空气泵（2），雾化室（5）底部连通喷枪（7），玻璃容器顶部中间位置设有双层固定板（6），双层固定板（6）中间位置设有固定孔（12），固定孔（12）中***喷枪（7），玻璃容器一侧设有平面连续激光器（8），平面连续激光器（8）发出的平面激光垂直照射在玻璃容器上，平面连续激光器（8）与高速摄像机（10）在玻璃容器两侧呈垂直布置，高速摄像机（10）上设有滤波片（11），平面连续激光器（8）连接计算机（9）控制装置，高速摄像机（10）连接计算机（9）图像采集装置，玻璃容器中放置水溶液，燃油槽（1）中放置加入荧光剂的燃油。
2.根据权利要求1所示的基于荧光示踪的燃油浸没式雾化颗粒分散特性的激光测试装置，其特征在于：所述喷枪（7）为双层套管喷枪。
3.一种根据权利要求1或2所述的激光测试装置的应用方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1、首先将荧光剂加入到燃油中，其中荧光剂与燃油的质量比为1:40~60，然后置于燃油槽（1）中，通过空气泵（2）、控制阀（3）、流量计（4）将空气与燃油槽（1）中的加入荧光剂的燃油喷入到雾化室（5）中在空气的冲击作用下破碎雾化成油雾；
步骤2、将步骤1得到的油雾通过喷枪（7）喷吹到放置水溶液的玻璃容器中，步骤1的同时打开平面连续激光器（8）、设有滤波片（11）的高速摄像机（10）和计算机（9），设置的激光波长与荧光剂的吸收波长一致，滤波片（11）透波范围包括荧光剂的发射波长但不包含荧光剂的吸收波长，将高速摄像机（10）采集到的图像输送到计算机（9）图像采集装置中得到喷吹雾化颗粒的分散特性图像。
4.根据权利要求3所述的激光测试装置的应用方法，其特征在于：所述燃油为石化燃油或生物质燃油。
5.根据权利要求3所述的激光测试装置的应用方法，其特征在于：所述荧光剂为间三甲苯、四溴荧光素或蒽脂溶性荧光剂。
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