汽车涂装技术：提高喷雾液滴粒度测量效果

多种测量技术被开发并已在不同程度上成功实现应用。为了测量喷雾中的液滴特性，引入了非侵入式技术。测量不应建立在扰动喷雾模式下。一个理想的测量技术，它能够测量的范围应包括时间和空间的分布。这种技术应能承受在极端环境不同工程应用中喷雾液滴特性发生的巨大变化。一个合适的技术应同样可以获得充足且有代表性的样品，从而保证测量的准确性。高速采样和数据处理方法用于分析测量的结果。当测量喷雾浓度时，抽样、获取数据和处理系统必须足够迅速才能记录每个液滴的体积。液滴粒度测量技术可以简单地分为四个主要类别：①机械方法；②电学方法；③光学方法；④声学方法。机械方法相对简单，成本较低。雾滴采集后呈液态或固态，接下来通过显微镜或筛选分析。电学方法包括探测和分析测量体积或电线中液滴所产生的电脉冲，电信号之后转换成数据并经校准生成液滴粒度分布信息。光学方法近年来得到开发并获得越来越多的应用。一些光学方法能同时测量液滴粒度和速度以及速度和数密度。声学方法通过对微小液滴的测量进行评估。

5.5.3.1 以光学为基础的液滴粒度测量技术

在本节中，重点关注以光学为基础的液滴粒度测量技术，并对它在三个方面的广泛使用进行简单回顾。宽量程的光学基础液滴粒度测量技术已得到开发并投入使用。虽然每种测量方法都有自己的优点和限制，但大多数光学方法有一个重要的共同属性，即在完成液滴粒度测量时不干扰被测区域的流场。光学方法通常分为两类：成像的和非成像的。最重要的子类是由Black等人发明的单液滴计数法。其他方法侧重于使用测量液滴粒度的集成光散射法，这种方法将所需尺寸进行了整合。Domann和Hardalupas则将关注的重点放在平面法上。

尽管使用相位多普勒测速仪（PDA）花费较高，并且需要娴熟的操作技能才能得到最佳的系统设置和相应的数据解释，PDA仍被普遍看作是了解喷雾特性最精确的方法。PDA是一种以激光多普勒测速仪（LDV）为基础的非侵入性、实时测量球面颗粒直径和速度的方法。该技术用于测量光束被液滴分散所形成的两束相干激光束到达空间错落的两个光电探测仪上所产生的时间延迟。通过精准的设计和适当的设置，在非常高的数据传输速度下，该方法在以极高的数据速度和良好的统计确定性收集数据方面存在潜力。然而，测量精度取决于一系列因素，包括激光功率、光学结构、液滴均匀、圆球度和浓度。此外，还需要熟练的操作技能才能获取准确的测量结果。

PDA的基本限制之一是无法准确测量非球面液滴。这样的情况是在初始液膜破裂成带状体随后形成最初的非球面大液滴的界面处观察到的，因此PDA在本质上并不适用于表征近孔流。这是一项非常可惜的局限，因为近孔区域也正是喷雾形成和雾化发生的区域。造成显著数据问题的原因是在近孔区域只有少量的雾化颗粒呈圆球状。此外，最佳的光学几何条件是特定的，它不可能通过实验得到。弧形窗口表面需要复杂的光学矫正，有效的LDA工作难以应用到PDA中。(www.zuozong.com)

马尔文粒度分析仪是另一种广泛使用的粒子分析仪。它基于平行单色光在移动的液滴中发生Fraunhofer衍射的原理。一束平行光束照射到液滴时会形成衍射图案。对于单分散喷雾而言，则会形成Fraunhofer衍射图案。它是由一系列相互作用的光和暗同心圆组合而成的。这些暗同心圆的间距与液滴粒度有关。对于多分散喷雾而言，衍射图案则是由多个Fraunhofer衍射模式和数个重叠衍射环组成的。每个衍射环是由一组不同粒度的液滴产生的。傅里叶变换透镜将衍射图样聚焦到一个多元素光电探测仪上，从而测定光谱的能量分布。光电探测器由31个围绕中心圆的半圆形光敏环组成。每个圆环对特定的小范围液滴粒度最敏感。通过模拟数字转换器综合处理后将结果传输到光电探测器，测得的光能量分布之后转变成液滴粒度分布。测得的数据既可以通过15组直方图进行分析，也可以通过常规格式、对数-正态、Rosin-Rammler公式，或独立于已知模式的其他模式表现出来。

成像技术可能是用于测量液滴粒度和速度的技术中最精确且花费较少的一种。它具备测量密集雾滴的潜力，快速移动喷雾在发电方面具有亮点。在成像方法上，液滴的图像需要强度适中的弱脉冲和恰当短的时间以产生一个液滴尖锐的脉冲图像。成像技术的主要优点是喷雾的可视化记录，它便于检查所处的状态且具有（更重要的）不被测量和量化任意形状物体的能力。迄今为止，图像中的错误和时间仍需人为分析，这也是成像方法没有得到普及的原因。

在市场上，一种最常见的图像分析方法是颗粒/液滴图像分析（PDIA），该技术是由牛津激光公司所有。在颗粒/液滴图像分析中，目标直径是基于面积/周长测量得来的，而不是像PDA测量那样由原本对象的曲率得来。PDIA技术，正如Whybrew等人所报道的，采用自动阈值分割算法定量分析液滴或颗粒的图像。这种方法是基于Yule等人采用的原始方法，考虑从液滴图像边缘梯度强度确定图像聚焦程度。在初步研究中，Kashdan等人测试了概率密度函数的修正方案，用于说明与直径相关的边缘接触校正方案和景深（DOF）偏置效应。