Fase Doppler Interferometer (PDI)

Deze instrumenten worden in de spuitgemeenschap gebruikt om gegevens met de hoogste resolutie te verkrijgen voor zowel academisch als industrieel onderzoek. Voorbeelden van projecten uit het verleden waarbij de fase-Doppler-analysators van Spraying Systems Co. gebruikt werden, zijn onder andere een gedetailleerde analyse van prototypes van spuitdoppen voor de lucht- en ruimtevaartindustrie, en procesoptimalisatie met behulp van spuitdoppen in een cross-flow omgeving.

• Evaluatie van prototype
  spuitdoppen Een bedrijf in luchtvaarttechniek nam contact op met Spraying Systems Co. en was geïnteresseerd in het spuiten van een vloeibaar materiaal met een bepaald debiet. Er waren specifieke vereisten voor druppelgrootte en volumeverdeling. Na wijziging van een standaard spuitdopontwerp van Spraying Systems Co. werd het prototype van de spuitdop getest op de verdeling van de druppels op vele plaatsen binnen het spuitpatroon. Deze tests bevestigden dat de nevel gelijkmatig verdeeld was, en bevestigden de gemiddelde en maximale kenmerken van de druppelgrootte.

• Cross-flow spuittraject
  Om gedetailleerde validatiegegevens voor de spuitsimulaties te verkrijgen, heeft Spraying Systems Co. gedetailleerde metingen van de druppelgrootte, de snelheid en de volumeverdeling verricht met een standaard spuitdop onder verschillende hoeken in een windtunnel. De PDI-resultaten maakten validatie van gedetailleerde simulaties onder laboratoriumomstandigheden mogelijk. De simulaties werden vervolgens uitgevoerd bij verhoogde temperaturen en drukken die overeenkwamen met de procesparameters van de klant.

De laserzender van het fase-Doppler-instrument zendt twee coherente laserstralen van dezelfde golflengte (kleur) uit. Op het snijpunt van deze lasers wordt een interferentiepatroon gevormd door de constructieve en de destructieve interferentie van de twee lasers, en er wordt een bekende interferentiegolffrequentie opgewekt. Een druppel, die zich als een prisma gedraagt, breekt dit interferentiepatroon, en het wordt door de ontvangsteenheid van het fasedoppler-instrument gedetecteerd en geanalyseerd om de kenmerken van de druppel te bepalen.

De frequentieverschuiving van het vooraf bepaalde interferentiepatroon is evenredig met de snelheid van de druppel; deze methode is algemeen bekend als Laser Doppler Velocimetry, of LDV. Ook zijn er drie detectoren in de ontvangsteenheid van het fasedoppler-instrument die het interferentie-uitbarstingspatroon detecteren; de relatieve faseverschuiving van dit signaal bij elk van de detectoren is evenredig met de druppeldiameter. De fasedoppler-instrumenten tellen en analyseren elk interferentiepatroon wanneer het gedetecteerd wordt, en karakteriseren zo elke afzonderlijke druppel die het door de elkaar snijdende laserstralen gevormde sondevolume binnenkomt; dit is een flux-sampling methode.

In combinatie met de PDPA leveren de PDI-instrumenten gegevens met de hoogste ruimtelijke resolutie, genereren zij een unieke combinatie van uitgangsvariabelen, en bemonsteren zij elke druppel om fluxmetingen te verrichten. Het ongeëvenaarde bereik van de uitgangsspray-kenmerken en de nauwkeurigheid van de meting maken de instrumenten in staat de meest gedetailleerde metingen binnen een spray te verrichten. De lasers met hoog vermogen maken metingen mogelijk binnen een licht tot middelmatig niveau van spuitdruppeldichtheid, en maken de karakterisering mogelijk van punten binnen het spuitpatroon zonder verlies van nauwkeurigheid door druppels die buiten het laser-intersectiegebied in de laserstralen komen.

Door deze unieke voordelen wordt de meettijd echter verlengd om meerdere punten binnen het spuitpatroon te kunnen meten, en om een uitgebreide gegevensanalyse mogelijk te maken, die vaak nodig is om de resultaten tot bruikbare gegevens te verwerken.