使用基于激光的成像方法研究横流空气对圆锥形水雾结构的影响 Dariusz Obracaj、Pawe? Deszcz、Waldemar Wodziak 和 Jacek Sobczyk

《Applied Sciences》：Effects of Crossflow Air on Conical Water Spray Structure Using a Laser-Based Imaging Method Dariusz Obracaj, Pawe? Deszcz, Waldemar Wodziak and Jacek Sobczyk

　　摘要：喷头喷出的横流与气流之间的相互作用对工程应用至关重要，特别是影响喷射区域的效率。本研究利用平面激光成像技术，探讨了在水平气流作用下单个连续喷射的圆锥形水雾的变形情况。实验在风洞中进行，水压保持为0.2 MPa，气流速率分别为0.1、0.2、0.4和0.6 m3·s?1，以系统地改变空气与水的动量比。研究开发了一种基于灰度的分析方法，通过逐像素查找表（LUT）来实现对液滴浓度和喷雾结构的间接评估。这种方法能够详细观察流动空气中对喷雾锥形状的变化。通过分析与喷雾锥相交的三个垂直平面上的水雾分布，可以计算出不同空气与水质量流量比下的喷雾横向面积和锥体积。暴露在气流中的喷雾区域形成的锥体积较大。通过测量测试喷头的表观喷雾角度，可以表征锥形状的变化。表观喷雾角度随空气与水的质量流量比变化而系统性地变化，这证实了空气动力作用的主导作用。这些发现有助于更好地理解横流条件下的喷雾行为，并为验证空气-水相互作用的数值模型提供了基础。

1. 引言
液体雾化在几乎所有行业中都有广泛应用，包括能源、机械、环境保护、农业和林业、交通运输以及通信[1,2]。对更具效率和专用性的雾化装置的需求不断增长。雾化装置的专门化在于它们必须在特定的工作环境中产生特定的效果[3,4,5,6]。此外，雾化装置的用途也在不断演变，因为除了水和燃料外，非牛顿流体以及单相和多相混合物也越来越被雾化。每个喷头都有其特定的工作特性，这意味着喷雾结构取决于压力、质量流量以及所输送流体的物理性质[3,7,8]。喷雾喷头的特性决定了它们在特定工业应用中的适用性。这些特性通常在空气流动最小的条件下确定。尽管关于喷头参数的研究很多，但专门研究气流影响下喷雾行为和控制的研究相对较少，属于更为专业的研究领域。许多这类研究采用了颗粒图像测速（PIV）技术[9,10,11]。一些研究[9,10,11]分析了不同喷头设计喷出的液滴，探讨了流量或压力的变化对液滴的影响[12,13,14]。Vari等人[15]使用颗粒图像测速技术（PIV）测量了液滴密度。Danc?等人[16]展示了PIV在空气中的水流中的交叉流动研究中的有效性，提供了复杂空气-水速度场的定量测量结果。在喷头喷水之前，确保流道或通道中的气流场均匀性至关重要。这可以通过使用先进的PIV技术或简化方法（如自制的低成本测量装置）来实现，后者可以有效分析低速流体流动[17]。Reddy等人[18]强调了PIV在研究流动动力学（包括在外部气流影响下的液滴沉降行为）方面的潜力。这些研究讨论了使用PIV测量速度场和分析模式（如尾流形成）的各种实验设置，这对于理解水平流动空气中的液滴扩散至关重要[18]。King等人[19]使用激光沉降仪（LPM）和摄影方法研究了液滴大小和速度。他们发现不同环境条件对从喷头喷射出的液滴的动能有显著影响。King和Bjorneberg的工作[20]研究了喷头喷射液滴的动能，量化了液滴下降过程中与气流相互作用时能量传递的情况。他们的研究重点关注与液滴大小和轨迹相关的能量通量——这些原理可以用来理解消防喷头液滴如何受到进入气流的影响。确保液滴具备足够的动能对于在变化的气流条件下维持有效的喷洒效果至关重要[19,20]。Bang和Kim[21]进行了最全面的相关研究之一，他们利用先进的图像处理技术分析了消防喷头的喷雾特性，特别是液滴大小、速度和密度对灭火效果的影响。他们发现较大的液滴更有效地穿透火焰并接触到可燃物质；因此，液滴的形成及其在气流中的携带是研究的重点[21]。许多出版物还分析了液滴喷射角度对特定技术过程效率的影响[22,23]。除了使用PIV外，还通过其他光学成像方法（如激光片照明下的喷雾截面观察）研究喷头喷雾形状和角度[24]。Kramm等人的研究[8]通过激光衍射显著地促进了人们对喷流角度的理解。他们系统地测量了不同流体流量和喷头几何形状下的喷流锥角度，揭示了这些变量如何与周围空气相互作用并影响整体喷流性能[8]。Zhu等人[25]也强调了空气对液滴运动的影响，他们使用2D视频测速技术研究了静止和有风条件下的水滴运动和分布。他们发现进入的空气显著影响了液滴在目标表面的运动和沉降方式，支持了气流可以增强液滴扩散和携带的观点。

本研究展示了基于PIV的测量装置作为可视化工具的使用（无需使用相关算法或确定速度场和液滴轨迹）。开发了一种方法，能够在水平风洞中可视化瞬时的二维液滴分布，从而捕捉液滴流动图和喷雾锥的变形。利用逐像素查找表（LUT）分析采集图像中的单个像素，从而生成详细的液滴流动图。本研究的主要目的是在受控条件下估计表观锥角度，以确定气流速率对喷雾形成区域的影响。在假设测量期间保持稳态的情况下，可以从多张图像合成的图像中得出表观锥角度。为此，开发了一种专用测试装置，通过平面激光成像方法（使用基于PIV的测量设置）捕获气流中的瞬时二维液滴分布。实验使用了两种在不同气流条件下工作的喷头，水压保持不变。结果表明，使用LUT方法分析记录的16位灰度原始图像有助于研究稳态气流条件下的喷雾锥几何形状的变化，为液滴携带和扩散提供了宝贵的见解。

2. 材料与方法
2.1. 实验装置
测试装置包括一个专门设计和制造的风洞（图1）。在开始研究之前，检查了风洞的湍流强度和流动角度参数，以确保在分析的流动范围内气流稳定且可重复。一个水雾喷头安装在腔室的中心上方。图1. 实验装置示意图：(1) 风扇，(2) 圆形到矩形部件，(3) 扩散器，(4) 蜂巢结构，(5) 由465 μm和231 μm网材制成的两个筛网，(6) 带有光片光学的Nd:YAG激光器，(7) 喷头，(8) 聚碳酸酯测量腔室，(9) 液滴分离器，(10) 同步器，(11) 用于数据采集和分析的PC和软件，(12) 高速摄像头。喷头出口距离测量腔室顶部墙壁75毫米。喷头由带有压力和温度测量的供应系统提供过滤后的水。喷雾结构是通过平面激光成像技术获得的，使用基于PIV的测量设置（不包括种子生成器）。该系统包括一个高速sCMOS数字相机（5.5 Mpix）和一个脉冲Nd:YAG激光器（15 Hz重复率）。激光片垂直向下布置，而相机则垂直于激光片和气流方向。短激光脉冲持续时间（约8 ns）有效减少了快速移动液滴的运动模糊，使得能够以足够的时间分辨率捕捉它们的瞬时空间分布。

2.2. 喷头参数
实验使用了两种具有不同喷雾形成区域和水流特性的喷头（I和II）。如图2所示，使用了两种Spraying System Co.公司的喷头。第一个喷头是1/8SF-CE, SM-CE（喷头I），适用于雾化喷洒，喷雾角度最大为110°，内部为空心锥形，名义喷雾流量为1.8 dm3/h，在0.15 MPa压力下。第二个喷头是1/8-1 HH（喷头II），喷雾角度最大为58°，内部为实心锥形，并带有叶片状内部旋流器，名义流量为32.4 dm3/h，在0.15 MPa压力下。两种喷头的有效工作范围均为370毫米。喷头I（类型1/8 SF-CE, SM-CE）的液滴分布范围为100至1900 μm；喷头II（类型1/8-1 HH）的范围为500至2800 μm。这些范围对应不同的工作压力和水温。制造商数据表明，液滴大小强烈依赖于喷射压力和喷头容量，因此分布范围较广，而不是单一代表性直径。为了进行数值分析，引入了特征平均液滴直径来代表冲击相互作用前的典型工作条件。根据预期的压力范围和喷头性能，将喷头I的初始液滴直径设为500 μm，喷头II的初始液滴直径设为1000 μm。这些值不代表实际测量的直径，而是用于比较两种喷头类型的代表参数。喷头示意图见图2。

2.3. 测试程序
为了研究空气横流条件下水雾形成区域的形状扰动，决定重点关注喷头制造商通常指定的喷雾角度β。喷雾角度β是在垂直平面上的角度，该角度穿过旋转锥的顶点和重心。仅使用基于PIV的测量装置限制了沿锥轴准确确定喷雾角度的能力，因为喷头遮挡了顶点。因此，决定在三个偏离锥轴的平面上进行测量。需要注意的是，与锥轴相交的垂直平面不再形成三角形锥截面；相反，它们形成双曲线截面，如图3所示。尽管如此，可以假设对表观喷雾角度β’的分析类似于通过锥中心的平面的分析。图3. 在三个测量平面上确定喷雾角度β和表观角度β’的概念。基于这一假设，在三个垂直纵向上进行了测量：平面A——距喷头轴向隧道壁方向偏移24毫米，平面B——距喷头轴向隧道壁方向偏移85毫米，平面C——距喷头轴向隧道壁方向偏移150毫米。对每个喷头进行了四组测量，改变了三个测量平面上的气流速率。一个垂直平面的测量范围详见表1。所有测量都是在9°C温度和0.2 MPa压力下进行的。空气密度恒定为1.21 kg/m3，动态粘度系数为17.8 × 10?? Ns/m2。

2.4.从成像分析结果创建喷雾形成区域的方法
每个测量序列包含300张图像帧，这些图像帧是在20秒内收集的（采集频率为15 Hz）。原始图像使用ImageJ 1.54k软件进行了进一步处理[26]。这种处理使得可以将300张图像帧组合成一个复合图像，如图4所示。图4. 一个测量序列的300张图像帧组成的复合图像示例。通过分析复合图像中的像素值，开发出一种算法来确定观察到的平面横截面积中的喷雾结构。该算法包括以下步骤：
1. 从300张测量帧中创建一个复合图像，作为平均像素值；
2. 使用查找表（LUT）[27]定义十个阈值像素值级别，并应用伪彩色刻度；
3. 根据采用的LUT，在处理后的复合图像中识别出对应于这十个强度级别的区域。

假设复合图像（定义为一系列单个帧的平均像素强度）可以用来表征测量域内的平面液滴分布。这种方法不需要精确知道液滴的大小，只需要知道它们在某个位置出现的频率。所采用的测量技术可以准确地定位平面上的液滴，但由于米氏散射[28]的特性，液滴的大小与其图像的大小之间的相关性有限。这意味着虽然可以清楚地定义研究区域内液滴出现区域的边界，但概率分布的值只是近似的。

为了提高可视化和便于半自动图像分析，在去除背景和归一化后，使用数据分箱方法对复合图像进行了离散化。对于灰度图像，这涉及到实现一个查找表（LUT），这是数字图像处理中的一种常用技术[27,29]。采用了十个阈值的LUT，并结合了伪彩色技术——输入图像中预定义的像素强度范围被分配到输出图像中的特定颜色。更具体地说，归一化的0.0到100.0的灰度范围被分成十个部分，每个部分根据以下分类分配了一个独特的颜色：
- 第一类—黑色：没有水滴出现（值<1.0）；
- 第二类—红色（值1.0–12.0）；
- 第三类—黄色（值13.0–23.0）；
- 第四类—橙色（值24.0–34.0）；
- 第五类—粉红色-品红色（值35.0–45.0）；
- 第六类—紫色（值46.0–56.0）；
- 第七类—绿色（值57.0–67.0）；
- 第八类—青色（值68.0–78.0）；
- 第九类—深绿色（值79.0–89.0）；
- 第十类—深蓝色：水滴最常出现的区域（值≥90.0）。

将第一类的阈值设定为相对较高的<1.0，是因为由于液滴的散射，背景减除过程并不总能得到完美的结果。然而，这并不会遗漏最小的液滴，因为即使在捕获的图像中，大小约为1 μm的液滴也能以远高于背景的强度显示出来。

将图像分为十个类别足以定性地描述测量域内液滴的平面概率分布。十个级别的颜色刻度有助于详细观察喷雾锥的变形，并帮助识别气流影响不干扰喷雾形成区域的区域。根据所提出的定性分析方法，只要至少有三个类别，改变类别的数量就不会影响结论。图5显示了使用所述程序获得的图像。该图像有助于识别像素值超过1.0的区域。通过定义这些区域的边界，可以估计喷雾结构的形状。

2.5. 从复合图像中确定喷雾区域
在静止空气条件下，液滴分布形成一个均匀的锥形。本研究中使用的喷嘴是专门设计用来产生具有预定喷雾角度的水射流的。在指定区域内，锥形保持稳定并且液滴密度一致。图5. 应用了LUT刻度的过滤和归一化后的复合图像示例。当锥形被横流扭曲时，可以使用双曲包络线的切线来近似喷雾角度，类似于与锥轴相交的三角形构造（见图3）。这种几何方法能够从平面图像数据中一致地重建喷雾边界，尽管存在强烈的流动引起的不对称性。对于定性评估，喷雾区域被定义为至少90%的像素显示灰度值大于零的区域，这对应于第二类到第十类的范围。这个阈值代表了灵敏度和稳健性之间的折中：在光学密集区域提高灰度标准会由于多次光散射而放大人工对比度[30]，而降低像素比例则会掩盖低密度区域，导致对喷雾范围的低估。

在这个框架内，为每个测量序列确定了喷雾包络和表观喷雾角度β′。图6展示了至少90%的像素灰度值大于零的区域。图6. 喷雾瞬间区域的图像，标记了至少90%的像素值属于第二类及以上的区域：(a) A平面和喷嘴II的0.1 m3/s；(b) A平面和喷嘴II的0.6 m3/s。

3. 结果和讨论
3.1. 喷雾图像分析
两种测试喷嘴的喷雾结构图像分别显示在图7、图8、图9、图10、图11和图12中。图7. I喷嘴在A平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。图8. I喷嘴在B平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。图9. I喷嘴在C平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。图10. II喷嘴在A平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。图11. II喷嘴在B平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。图12. II喷嘴在C平面的瞬时喷雾图像：(a) 0.1 m3·s?1；(b) 0.2 m3·s?1；(c) 0.4 m3·s?1；(d) 0.6 m3·s?1。根据最大自由通过直径和阻力系数，I喷嘴产生的水射流较小，出口速度较低（4.5 m/s），而II喷嘴的速度较高（34 m/s）。I喷嘴产生的液滴也较小。对I喷嘴的液滴轮廓分析表明，在较高气流速度下，液滴无法到达测量室底部。这种行为归因于空气和水质量流动模式的差异引起的二次破碎和卷入效应。结果，液滴被输送到腔室的上层，在那里它们进一步破碎成更小的颗粒。这种液滴尺寸分布的变化不仅是一个流动特征，也是一个与测量相关的效应，因为它改变了光散射条件，并在获得的图像中对基于像素的液滴浓度估计引入了不确定性。当超过临界韦伯数时，液滴会分解成更小的颗粒，特别是在液体粘度对破碎机制影响可以忽略的情况下[31]。在这个背景下，韦伯数是指基于直径的形式，定义为倾向于破坏液滴的惯性力与维持其完整性的表面张力之比，表示为We = ρgV2D/σ，其中ρg是液体密度，V是特征速度，D是液滴直径，σ是表面张力。在所研究的条件下，参数为：ρg = 1000 kg/m3，Vnozzle_I = 4.4 m/s，Vnozzle_II = 33.4 m/s，σ = 74.2 mN/m。I喷嘴的初始液滴直径为500 μm，II喷嘴的初始液滴直径为1000 μm，相应的韦伯数分别为0.2和19。这些值表明，II喷嘴产生的液滴不易破碎，且有更大的聚集倾向。

对记录图像的灰度分析被用作定性可视化工具，以识别在不同气流条件下的喷雾外观的相对变化。如图9a–d所示，I喷嘴的气流增加与每个像素记录的光散射强度减少相关。这一观察结果被解释为在其他光学条件相同的条件下喷雾透明度和液滴空间分布的相对变化。在质量流量比（见表1）为216 kg/kg时，喷雾锥保持稳定。然而，将这一比例翻倍会破坏喷雾形成区域。增加空气速度会改变下落液滴的方向。

II喷嘴的喷雾结构与其较高的排水速度和韦伯数相比，与I喷嘴有显著不同（图10）。在低气流速度下，液滴锥保持清晰且未变形（图10a）。在图10、图11和图12中，没有观察到液滴的二次破碎和空气的卷入，表现为最高亮度的区域数量可以忽略不计。值得注意的是，这些高亮度区域在所有情况下都是一致的（图10a–d）。除了系列1之外，每个像素的物体频率分析表明液滴密度谱发生了显著变化。在均匀图形条件下获得的比较图像显示喷雾锥发生了显著变形，这可能会影响表面喷洒效率和液滴-空气颗粒的相互作用。II喷嘴的空气与水的质量比约为I喷嘴的18倍。增加气流速率可以保持喷嘴之间的恒定比率。单个测量系列的比率从系列1的11.6变化到系列2的69.7。

对II喷嘴的图像分析，尤其是在B平面上（图11），表明空气流入不会导致液滴分解。相反，液滴沿着喷嘴轴线聚集成更大的团块，随后落到测量室底部。这一现象通过该区域与其他组合图像相比观察到的最高亮度得到证实（图10、图11和图12）。

对三个垂直面上的喷雾轮廓的分析使得能够评估液滴的空间分布，并比较喷雾锥的表面积和喷雾锥的体积随气流速率的变化。假设了喷雾包络包含≥90%的单位面积内的图像像素（不包括最低亮度等级I），气流是对称的，喷雾锥被建模为5毫米高的圆柱体系统。基于A平面投影确定这些元素的方法如图13所示，而锥体的侧面表面积如图14和图15所示。图13. 确定喷雾结构包络及其划分为基本圆柱体的示例：(a) 划分为基本圆柱体之前；(b) 划分为每个高5毫米的基本圆柱体之后。图14. I喷嘴各个测量系列中喷雾侧面面积随高度的变化。图15. II喷嘴各个测量系列中喷雾侧面面积随高度的变化。与II喷嘴相比，I喷嘴的气流效应更为明显。对于I喷嘴，观察到液滴区域的伸长和喷嘴附近的强烈卷入，限制了聚集并使喷雾高度从370毫米减少到170毫米。相比之下，对于II喷嘴，卷入是局部的，主要发生在最高流速时的锥体边缘（如图15所示），同时保持喷雾结构的整体稳定性。在两种情况下，随着气流的增加，卷入的强度都明显存在。

来自三个平面的图像分析使我们能够确定其高度上的表观体积变化（图16）。对于I喷嘴，除了最低流速外，随着质量比的增加，体积观察到减少（图16a）。最大体积出现在质量比为216 kg/kg时，而在更高的值（432、864和1296 kg/kg）时，体积分别减少了5.5%、6.4%和31.8%，表明有效喷雾区域减小了。图16.在每个测量系列中，沿喷嘴高度方向喷出液量变化的情况如下：(a) 对于喷嘴I，(b) 对于喷嘴II。对于喷嘴II，液量变化更为均匀，且没有明显的锥形变形（见图16b）。仅在距离喷嘴出口45–115毫米的范围内观察到局部流动扰动，且随着气流的增加，液量也随之增加，这表明发生了二次液滴破碎和凝聚现象。最大液量出现在大约280毫米的高度。喷嘴II的总体积略小于喷嘴I，但随着...（此处数据缺失）的增加而增加（分别比基线系列增加了9%、30%和40%），这是由于喷出角度和液滴尺寸的差异所致。通过比较图10a和d可以观察到这一点。在该测试范围内，喷嘴II的锥形结构受空气流速影响较小。

3.2. 表观喷射角度变化的分析
根据图2所示，基于沿流动方向三个截面平面的测量结果确定了表观喷射角度值。表2展示了研究中使用的两种喷嘴的喷射角度β′的结果。在体积流量为0.1 m3/s时，喷嘴II的锥形结构较为规则，而喷嘴I仅在距离喷嘴出口较近的区域才呈现规则形态，因为此时液滴会破碎并被空气带走。然而，在所有情况下，都可以通过在像素灰度值大于零的区域内找到一个点来确定喷射角度β′。用于确定角度的线段的第二个点位于喷嘴出口处。
对比喷射角度可以看出，只有在A平面和最低流量（0.1 m3/s）的情况下，才能大致评估是否符合制造商声明的角度值。对于喷嘴I，测得的角度为109°（制造商声称为110°）；对于喷嘴II，测得的角度为47°（而制造商声称为58°）。这些差异可能是由于水压较低或基于图像的角度测定方法存在局限性造成的。尽管测量技术使用了距离锥体中心约24毫米的激光光片来捕捉来自液滴和腔室壁反射的光线，但系统的稳定几何结构使得不同系列之间的比较成为可能。

沿垂直喷嘴轴方向，喷射角度有所增加，这证实了空气流速对液滴分布以及液滴破碎和凝聚过程的显著影响。在较高流量（0.4和0.6 m3/s）下，比在0.1 m3/s时观察到更多的高亮度区域。图17和图18展示了β′角度与空气-水质量比的关系。图17显示了喷嘴I的β′角度随空气-水质量比的变化情况；图18则显示了喷嘴II的β′角度随空气-水质量比的变化情况。β′角度值与液滴尺寸密切相关。喷嘴I（约500 μm）的喷射角度变化较大，且更容易发生液滴破碎，这在A平面尤为明显（见图17和图18）。角度的变化可能会导致液滴扩散范围的扩大，从而可能对工艺产生局部影响。在B和C平面上，由于质量比较大，β′的变化不太明显。喷嘴I的喷射角度对距离出口的距离非常敏感，尤其是在锥体的迎风侧。相比之下，喷嘴II的角度变化与质量比的增加有明显的相关性。随着质量比的增加，喷射角度也随之增大（见图18），尽管在顺风方向上喷射流发生了偏转（见图10、图11和图12）。由于喷嘴II的β′角度较小，因此在B和C平面上的角度减小幅度比A平面更为显著。

3.3. 研究的范围和局限性
本研究的结果主要集中在定性描述横向气流对垂直排列的水喷嘴产生的液滴喷雾的影响。所采用的实验方法能够在受控实验室条件下捕捉喷雾的主要形态特征，清晰地展示了喷雾与气流之间的相互作用。实验方法基于PIV仪器支持的成像技术，实现了对喷雾结构的详细可视化。这种方法特别适合用于识别在空气横流条件下的喷雾变形、偏转和扩散趋势。因此，这些发现适用于在恒定供水压力下运行的研究喷嘴类型，以及所考虑的空气横流范围内。
尽管存在更先进的定量喷雾表征诊断技术，但本研究故意采用了基于图像的方法来定性评估喷雾形态。这种方法通常用于探索性阶段，其主要目的是在将分析扩展到更复杂的测量框架之前，先识别和描述主导的物理效应。光学分析依赖于喷雾的瞬时图像，其中记录的信号来源于液滴的光散射。虽然图像特征的强度和表观尺寸取决于散射特性，但分析的目的并不是直接测量液滴尺寸，而是关注喷雾的空间范围和整体结构，这些可以通过所使用的技术充分捕捉到。通过对20秒内300帧图像的处理，采用了准稳态的解释方法来确定喷雾边界。
通过图像处理来定义喷雾范围时，采用了一种标准，即90%的像素被分类为II-X类，这为比较分析提供了可行且可重复的定义。通过对这一标准的进一步改进（例如通过敏感性分析），可以提高未来研究的定量可靠性。本研究中引入的表观喷射角度应理解为基于图像分析得出的操作参数。虽然实际喷雾截面呈现出非线性分布，但使用切线来表示它提供了一种比较不同气流条件下喷雾行为的实用方法。同样，喷雾体积的估算基于几何近似，旨在用于比较分析而非推断喷雾在横流条件下的物理对称性。虽然沿流动方向的不对称性已被明确考虑，但假设相对于风洞中心线是对称的，这是由于风洞横截面内的气流速度场近似对称所致。在这些方法论范围内，所呈现的结果提供了对喷雾区域的一致性和信息丰富的定性描述。基于LUT的图像分析方法的应用使得能够识别出横向气流速度对喷雾形态的影响，并为未来朝向液滴速度和尺寸分布的定量测量奠定了基础。

4. 结论
本研究利用平面激光成像技术研究了空气横流中垂直喷嘴产生的喷雾锥的行为。为了便于从原始图像数据中进行液滴分布的定性评估，结合并应用了简单的图像处理技术。针对两种类型的喷嘴进行的实验得出了以下结论：复合图像（多个图像帧的平均像素值）使得可以应用查找表（LUT）方法来识别液滴区域。采用十级阈值颜色刻度可以清晰地可视化喷雾锥截面内的液滴分布。在复合图像中，通过识别单位区域内至少90%的像素超过定义的灰度阈值的区域来确定喷雾范围。这种方法提供了一种简单有效的手段，用于评估空气流速对横流中的空气与液滴相互作用的影响。基于复合图像对喷雾锥几何结构的分析，可以确定给定平面上的表观喷射角度β′，以及评估空气-水质量比对喷雾锥稳定性的影响。
需要注意的是，所呈现的结果是初步的，并受到研究中假设的限制。因此，它们仅允许对所研究的现象进行定性评估。尽管如此，关于喷雾形成区域的结构及其在气流作用下的变形数据为解决喷雾控制问题提供了宝贵的信息。这些数据还可以为验证数值建模提供基础，并为进一步的高级研究奠定基础。