ICS 27.060 CCS F 04 中华人民共和国国家标准 GB/T 42680—2023 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 范围 规范性引用文件 2 3 术语和定义 测试原理 测试设备 5 测试条件 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 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、湖南华菱涟源钢铁有 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。 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。 2 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 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 atomization characteristics 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/T 42680—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 mean diameter 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：Dio按公式(1)计算： AD 1 D10 (1) N 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 D32 参与统计的液滴直径的立方和与平方和之比。 注：D32按公式(2)计算： Da2 3.10 10% fractional volume diameter 10%体积分数直径 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.i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—2008中的5.2确定。 3.11 50%体积分数直径50%fractionalvolumediameter Dv0.5 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%fractional volume diameter Dvo.9 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.g按公式（5）计算： 2 GB/T42680—2023 Dvo.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 rootmeansquarevelocity 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validation ratio 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。 4测试原理 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，因为两束激光相干，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； 2 信号接收探头； 3 光电检测器； 数据分析； 5 喷油器； 6. 测量体； 0 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； 9 光电检测器与测量体中心连线的夹角。 图1测试原理示意图 3 GB/T42680—2023 将两束入射激光所构成的平面定义为激光平面。通过入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： (9).... 式中： U——液滴速度分量，单位为米每秒(m/s)； 入一入射激光波长，单位为米(m)； 一一人射激光相交的锐角，单位为度（°）； fp——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： 元Dβ =Φ ....(7) 式中： Φ一一多普勒脉冲信号的相位； 元——圆周率； β一几何因子。 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 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0、?和Φ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) 式中： Φ；——光电检测器i和光电检测器j接收的多普勒脉冲信号的相位差； Φ，一光电检测器j的多普勒脉冲信号的相位； Φ，一光电检测器i的多普勒脉冲信号的相位； β，——光电检测器j的几何因子； β；—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