Phasen-Doppler-Interferometer (PDI)

Diese Geräte werden in der Spraying-Community eingesetzt, um Daten mit höchster Auflösung für akademische und industrielle Untersuchungen zu liefern. Beispiele für vergangene Projekte, bei denen die Phasendoppler-Analysatoren bei Spraying Systems Co. zum Einsatz kamen, sind detaillierte Prototyp-Düsenanalysen für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die Prozessoptimierung mit Düsen in einer Cross-Flow-Umgebung.

• Prototyp-Düsenanalyse
  Ein Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie kontaktierte Spraying Systems Co. und war daran interessiert, ein flüssiges Material mit einer bestimmten Durchflussrate zu versprühen. Es gab spezifische Anforderungen an die Tropfengröße und die Volumenverteilung. Nach der Modifizierung eines Standarddüsendesigns von Spraying Systems Co. wurde der Düsenprototyp auf die Tropfengrößenverteilung an vielen Stellen innerhalb des Sprühmusters getestet. Diese Tests bestätigten, dass der Sprühnebel gleichmäßig verteilt war, und bestätigten die Charakteristik der mittleren und maximalen Tropfengröße.

• Cross-flow Spray Trajectory
  Um detaillierte Validierungsdaten für Spraysimulationen zu erhalten, hat Spraying Systems Co. detaillierte Messungen der Tropfengröße, Geschwindigkeit und Volumenverteilung unter Verwendung einer Standarddüse in verschiedenen Winkeln in einem Windkanal durchgeführt. Die PDI-Ergebnisse ermöglichten die Validierung von detaillierten Simulationen unter Laborbedingungen. Die Simulationen wurden dann bei erhöhten Temperaturen und Drücken durchgeführt, die mit den Prozessparametern des Kunden übereinstimmten.

Die Laser-Sendeeinheit des Phasen-Doppler-Geräts sendet zwei kohärente Laserstrahlen der gleichen Wellenlänge (Farbe) aus. Am Schnittpunkt dieser Laser entsteht durch die konstruktive und destruktive Interferenz der beiden Laser ein Interferenzmuster, und es wird eine bekannte Interferenzwellenfrequenz erzeugt. Ein Tropfen, der sich wie ein Prisma verhält, bricht dieses Interferenzmuster, das von der Empfängereinheit des Phasen-Doppler-Instruments erkannt und analysiert wird, um die Eigenschaften des Tropfens zu bestimmen.

Die Frequenzverschiebung des vorgegebenen Interferenzmusters ist proportional zur Geschwindigkeit des Tropfens; diese Methode ist allgemein als Laser-Doppler-Velocimetry oder LDV bekannt. Außerdem befinden sich in der Empfängereinheit des Phasendoppler-Instruments drei Detektoren, die das Interferenz-Burst-Muster erkennen; die relative Phasenverschiebung dieses Signals an jedem der Detektoren ist proportional zum Tröpfchendurchmesser. Die Phasendoppler-Instrumente zählen und analysieren jedes Interferenzmuster, wenn es erkannt wird, und charakterisieren so jedes einzelne Tröpfchen, das in das von den sich kreuzenden Laserstrahlen gebildete Sondenvolumen eintritt; dies ist eine Flux-Sampling-Methode.

In Verbindung mit dem PDPA liefern die PDI-Instrumente Daten mit der höchsten räumlichen Auflösung, erzeugen eine einzigartige Kombination von Ausgangsvariablen und beproben jedes Tröpfchen, um Flussmessungen zu ermöglichen. Die unübertroffene Bandbreite an Ausgangs-Spray-Charakteristika und die Genauigkeit der Messung machen die Instrumente in der Lage, die detailliertesten Messungen innerhalb eines Sprays zu liefern. Die Hochleistungslaser ermöglichen die Messung innerhalb eines leichten bis mittleren Niveaus der Sprühtropfendichte und erlauben die Charakterisierung von Punkten innerhalb des Sprühmusters ohne Genauigkeitsverlust aufgrund von Tröpfchen, die außerhalb des Laserschnittbereichs in die Laserstrahlen eindringen.

Aufgrund dieser einzigartigen Vorteile verlängert sich jedoch die Messzeit, um mehrere Punkte innerhalb des Sprühmusters messen zu können und um eine erweiterte Datenanalyse zu ermöglichen, die oft erforderlich ist, um die Ergebnisse in verwertbare Daten zu verarbeiten.