pda测量系统的原理及应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PDA,测量系统的原理及应用简介,刘艳丽,PDA,测量系统简介,PDA,测量系统的应用,PDA,测量系统测量原理,测量中应注意的几点问题,主要内容：,PDA,的两种解释,Phase Doppler Anemometer,Particle Dynamic Analyzer,Phase Doppler Anemometer,相位多普勒风速仪又称相位多普勒技术，是运用多普勒频移和多普勒相位差原理进行速度和粒径测量的一种技术。它发明于,1975,年，在欧洲习惯上称为,PDA,，而在美国习惯上称为,Phase Doppler Particle Analyzer (PDPA),。,Particle Dynamic Analyzer,粒子动态分析仪，它是相位多普勒技术的一种市场产品，是丹麦丹迪公司生产的，还有一种类似的市场产品是美国的,TSI,公司生产的,APV,（,Adaptive Phase/Doppler,Velocimeter,),系统。这两种产品的测量原理和组成是基本相同的。,PDA,系统的组成,粒子动态分析仪（,PDA),主要由激光光源、传输光路系统、接收光路系统、信号处理器、计算机（包括硬件接口与软件）、三维自动坐标架等组成。,光的三种散射方式,与光的三种散射方式对应的三种接收方式,目前常用的测速方法有,：,皮托管测速法,热线风速仪测速法,相位多普勒风速仪测速法,相位多普勒测速仪的优点,：,对流场无干扰；,输出特性的直线性好，无须标定；,测量精度不受流体折射率以外的其他物理性能的影响；,空间分辩率高、无惯性，因而频响特性好；,测速范围广，可以从,10,-3,mm/s,级的低速至超音速；,测量方向特性稳定；,PDA,可以应用于下列领域,：,液滴尺寸的测量,喷射特性的研究,燃烧系统的研究,燃油喷射器的研究,气泡的动态特性的研究,两相流的研究,一到三维速度场的测量,PDA,在国内的应用,：,现在国内大约有,20,多家单位拥有,PDA,测量系统，应用遍布动力、医药、消防等领域。,动力方面：用来研究锅炉炉膛、燃气轮机燃烧室中的流场情况；涡轮机气液两相喷嘴的喷雾特性等等；,医学领域：用来测量注射液中的不溶性微粒及检测药品的粒度分布；,消防领域：用来研究超细水雾的雾场特性。,激光多普勒效应,当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，微粒散射光频率将偏离入射光频率。这种现象就叫作激光多普勒效应。,PDA,就是利用激光多普勒效应进行流速测量的。,颗粒速度测量原理,颗粒速度方向测量原理,当两束频差很小且恒定的光束在流体测量区相交时，产生光混合而形成一组移动的干涉条纹。两束光频差为,f,s,移动速度为 当微粒穿过测量区条纹时，其散射光将出现忽明忽暗的闪烁现象，散射光的闪烁频率 为：,“,+,”,号表示条纹移动方向与微粒运动方向相反，,“,-,”,表示两者方向相同。,颗粒粒径测量原理,PDA,粒径测量是根据米氏散射理论，采用相位差法，即把多个检测器采用不对称方法放置，将各检测器产生的信号进行比较，各检测器信号间呈现相位差，在很宽的尺寸范围内相位差与粒子直径成线性关系。这样，只要测得相位差就可以求出粒子直径。粒径测量范围是,0.5-13000m,。,颗粒粒径测量原理,浓度不能直接测量，只能通过测得垂直于主轴方向的测量体截面的颗粒数量、颗粒速度和粒径分布后，用软件计算得出。浓度测量的准确性与,PDA,系统的参数设置及颗粒折射率等因素密切相关。在实际测量中，浓度的测量精度要远比速度、粒径的测量精度低。,PDA,系统的最大测量浓度为,10,6,/cm,3,浓度测量原理,课题简介,本课题以元宝山电厂,3,炉为原型，根据再燃改造方案，设计建造冷模试验台，应用,PDA,对试验台的再燃区和燃尽区的流场进行测量，了解实行再燃改造后再燃区和燃尽区的空气动力场特性。,试验台系统图,1-,电机,2-,料斗,3-,螺旋给粉机,4-,流量计,5-,再燃风管,6-,喷口,7-,槽钢支架,8-,玻璃窗,9-,清粉口,10-,炉膛,11-,风道,12-,多管除尘器,13-,吸风机,14-,布袋除尘器,试验窗口段的设计,使用,PDA,测量流场，必须将激光光束射入试验段，试验段就需要开窗。设计窗口段时应考虑到,PDA,的测量深度、镜头支架的宽度、三维坐标架的移动范围及发射镜头与接收镜头之间的角度这些因素的影响。我们试验中的系统发射镜头与接收镜头之间的角度为,145,，最大测量深度为,500mm,，在实际应用中，在宽度和深度方面的设计中应留有一定的余量。此外，实验段窗口不能为弧形，否则就会发生聚焦点分离的问题。,测量区域示意图,示踪粒子的选择,利用,PDA,测量流速，实际上是测量悬浮在流体中跟随流体一起运动的示踪粒子的速度，所以示踪粒子的选择是十分重要的问题，它直接关系到试验结果的可靠性及其真实物理意义。,合格的示踪粒子应具备以下基本特性,:,具有良好的跟随性,具有高的散射效率,具有良好的物理化学性质,清洁的,便宜的,无毒、无腐蚀、无磨蚀的,在气液两相流实验中常用的示踪粒子为,:,水蒸汽,硅油,在气固两相流测量中常用示踪粒子性能对比,粒子名称,粒子特性,效果评价,价格,滑石粉,形状不规则，白色固体，表面较光滑,跟随性差，反光性差,低,三氧化二铝,形状不规则，表面较光滑,跟随性较差，反光性较好,较低,玻璃微珠,球形度好，白色固体，表面较光滑,跟随性较好，反光性较好,较高,聚苯乙烯胶粒,灰色固体，球形度好，表面光滑,跟随性好，反光性好,昂贵,粒子的添加浓度选择,粒子浓度太大时将会出现失真的多普勒信号，得到超出仪器量程的畸值。此外，微粒浓度过高时，附着在信号窗口上的微粒也会很快增多，容易污染窗口、产生噪声。,浓度太小时，取样时间延长，其测量误差增大。,推荐的粒子添加浓度为,10,5,-10,7,/cm,3,。,速度的转换,根据,PDA,测速原理，测得的速度,U,1,，,U,2,，,U,3,的正方向分别为三束光的频移方向。在对实验段的速度数据分析之前，需先将测得的速度转换为与实验对应的垂直速度分量。,根据实验段坐标第与标准正交速度系之间的角度关系，确定出如下的速度变换矩阵。,紫光测速的误差,对于三维测量系统，三束光各有自己的测量体，蓝光的测量体与绿光的大体重合，但是紫光的测量体，其长轴与蓝、绿光的测量体长轴有较大的夹角。在测量过程中出现了紫光速度偏大的测量结果。丹麦专家认为这种情况属于系统误差，是无法避免的。,光线逐渐变暗甚至消失,这一问题在试验中经常碰到且现象比较明显，严重影响了测量速度，而且对于浓度的计算产生了较大的影响。对这一问题，丹麦专家认为是热效应引起的，并没能提出进一步的解决方案。,coincidence,与,non-coincidence,测量,在,3D-PDA,的测量过程中，若选择,non-coincidence,方式测量时，,Validation,和,Sphere Validation,的值相对较高，能达到,90%,左右，而改用,coincidence,方式测量时，这两个值变得较小，比如说,20-30%,，并且测量速度变慢，好多测量点,2,分钟刚测到几十个甚至几个粒子。,解决方法,调整测量体交点及,BSA,软件方面的设置,Validation,和,Sphere Validation,提高，能达到,50,-55,;,测量速度方面提出了采用软件相关的测量方式，这样采集速度相对较快,。,几点建议,：,测量前应仔细阅读,BSA,软件说明书的,5-7,章，对参数设置及测量结果有一定的了解；,在移动三维坐标架时要注意方向，避免破坏镜头；,测量时应注意安全。,Thank you,！,