6.4.2 超声衰减数值分析
燃料云雾的物理参数如表6-1所示，给出了云雾粒子（铝粉）质量浓度、粒径以及超声频率与超声衰减的关系。图6-9为 1 µm、5 µm、50 µm 三种不同粒径大小的铝粉—空气两相混合云雾在200 kHz的超声频率下，超声衰减系数与混合云雾质量浓度的关系曲线。由图6-9可得，当质量浓度低于300 g/m3时，超声衰减随质量浓度的增加呈线性增加；质量浓度超过300 g/m3时，超声波衰减系数与质量浓度不再呈线性关系。
表6-1 空气、铝粉的物性参数（25℃）
图6-9 衰减—质量浓度曲线
图6-10为1 µm、5 µm、50 µm三种不同粒径的铝粉—空气混合物在质量浓度400 g/m3情况下的超声波衰减系数与超声频率的变化曲线。从图6-10可得，在一定铝粉—空气两相混合云雾浓度条件下，随着固相颗粒尺寸的增加，超声波衰减的特征频率在低频（＞800 kHz）处更为明显，因此，对于本书研究的FAE燃料抛撒的云雾粒径分布特征，选择较低频段内的超声波可以获得稳定性好，灵敏度度高的云雾浓度与超声波衰减的测定。
图6-10 衰减—频率曲线
图6-11为颗粒直径50 µm的铝粉—空气混合物在质量浓度分别为200 g/m3、400 g/m3、600 g/m3时超声波衰减随频率的变化曲线。由图6-11可得，在质量浓度增加时，超声波衰减的主频率向高频方向偏移且衰减系数数值明显增大，对于同一粒径范围的特定云雾，固相颗粒在不同浓度状况下，超声波衰减不仅与超声频率有关，而且是颗粒相质量浓度的函数；也证明对于浓度与颗粒两相介质，颗粒间相互作用的热传导超声衰减是不可忽视的。
图6-11 衰减—频率曲线
图6-12为质量浓度400 g/m3的铝粉—空气混合云雾超声波衰减在不同频率时随颗粒粒径变化的数值模拟结果。在颗粒半径为70～110 μm时存在一个衰减极大值。对于一定铝粉—空气两相混合云雾浓度条件下，超声波频率与超声波衰减呈正比例关系；且频率增加，衰减极大值向小颗粒方向偏移。粒径—超声波衰减的变化特征基本不发生改变，对于未知质量浓度的待测颗粒系可以根据超声波衰减系数α、待测颗粒半径a、颗粒相的质量浓度φ的状态关系，利用2个波长下的超声波衰减系数可以提高颗粒云雾的质量浓度检测准确率。
图6-12 衰减—颗粒粒径曲线