Laser-Bogenbelichtung

Das LSI-Gerät bietet eine einzigartige Kombination aus einer nicht-intrusiven Messtechnik mit der höchstmöglichen Auflösung der Sprayverteilung. Beispiele für vergangene Projekte, bei denen das Laser Sheet Imaging bei Spraying Systems Co. eingesetzt wurde, sind detaillierte Messungen der Sprayverteilung im Querstrom für Gasaufbereitungsanwendungen und eine detaillierte Bewertung der transienten Sprayverteilung mit einer gepulsten Injektordüse.

• Sprühverteilung im Querstrom
  Um die Sprühverteilung in einer Gasaufbereitungsanwendung zu optimieren, wurde eine Düse im Windkanal platziert und die Flüssigkeitsverteilung bei verschiedenen Querstromwinkeln gemessen (d.h. der Ausrichtungswinkel der Düse relativ zur Windkanalströmung). LSI-Planarverteilungsbilder wurden erfasst und gemittelt, um den optimalen Düsenwinkel zur Maximierung der Gleichmäßigkeit und Abdeckung des Sprays bei gleichzeitiger Minimierung der Wandbenetzung zu bestimmen.

• NOx Injector Transient Spray Development
  Ein Kunde trat an Spraying Systems Co. heran und war daran interessiert, die Sprühverteilung während der Öffnungs-/Schließphasen seiner proprietären Einspritzdüse zu charakterisieren. Das LSI-System wurde so eingestellt, dass es mit dem Einspritzimpuls ausgelöst wird, mit einer zugewiesenen Zeitverzögerung, um viele Bilder zu verschiedenen Zeiten relativ zur Startzeit der Einspritzung aufzunehmen. Diese Bilder wurden dann zu einem Ensemble-Mittelwert zusammengefasst, um eine durchschnittliche Sprayverteilung zu vielen Zeitpunkten der Injektionsperiode zu erhalten. Im Allgemeinen wurde festgestellt, dass in den Start- und Stoppabschnitten der Injektion ein ungleichmäßiges Sprühmuster erzeugt wurde.

LSI verwendet einen gepulsten Laser mit kurzer Dauer, der durch eine Zerstreuungslinse geleitet wird, um einen planaren Querschnitt des Sprühmusters zu beleuchten. Der kurze Laserpuls friert die Sprühtröpfchen effektiv ein, während sie abgebildet werden. Die Tröpfchen streuen das Laserlicht und eine Kamera, die mit dem Laserpuls ausgelöst wird, bildet die Tröpfchen innerhalb der Laserebene ab. An der Kameralinse ist ein Bandpass-Lichtfilter angebracht, der nur Licht der Wellenlänge des Lasers zum CCD-Sensor durchlässt und im Wesentlichen alle Tröpfchen außerhalb der Ebene aus dem Bild entfernt

• Die Mie-Theorie
  Typischerweise wird bei LSI-Messungen Wasser als Sprühmedium verwendet. Die Wassertröpfchen streuen das Laserlicht gemäß der Mie-Theorie, was zu einer Beleuchtung von jedem Tröpfchen entsprechend seiner Oberfläche führt. Der Ensemble-Mittelwert ergibt eine flächige Verteilung, die für die gesamte Sprühfläche repräsentativ ist. Während dies in vielen Fällen der Volumenverteilung ähnelt, wird es oft als Spraykonzentrationsverteilung bezeichnet und ist aufschlussreich, um lokale Regionen mit hoher vs. niedriger Spraykonzentration zu beurteilen.

• Laser-induzierte Fluoreszenz (LIF)-Methode
  Um Volumenverteilungsmessungen mit dem LSI-Gerät zu erhalten, ist es notwendig, das Spraymaterial mit einem Dotiermittel zu behandeln. Bei der laserinduzierten Fluoreszenz (LIF)-Messung wird ein Farbstoff im Spraymaterial verwendet, der bei der vom LSI-Laser emittierten Wellenlänge des Lichts das gesamte Tröpfchen zum Leuchten bringt. Somit ergibt die LIF-Methode flächige Sprühverteilungen, die repräsentativ für das Volumen des Sprühtropfens sind.

Sowohl bei Mie- als auch bei LIF-Messungen werden typischerweise viele Momentanbilder aufgenommen und gemittelt, um eine durchschnittliche planare Sprayverteilung zu erhalten.

Das LSI-System liefert ein Sprühverteilungsergebnis mit hoher räumlicher Auflösung, das entweder für die Konzentration oder die Volumenverteilung repräsentativ sein kann. Es werden augenblickliche planare Sprühverteilungsergebnisse erfasst, die zu Mittelwertdarstellungen gemittelt werden können. Das System kann ausgelöst werden, um transiente Sprühentwicklungseffekte über mehrere Zyklen aufzulösen. Die nicht-intrusive Natur der Laserblatt-Beleuchtung des Sprühquerschnitts ermöglicht Messungen der planaren Sprühverteilung in höchster Qualität, was eine detaillierte Beobachtung des zweidimensionalen Sprühmusters erlaubt

Das LSI-System liefert keine Informationen zur Tropfengröße; daher wird es oft in Verbindung mit einem der vielen Instrumente zur Messung der Tropfengröße verwendet, um eine zusätzliche Charakterisierung zu erhalten.