在德国卡尔斯鲁厄举行的DECHEMA/VDI食品过程工程专业组2026年年会（德语名称：Jahrestreffen der DECHEMA/VDI-Fachgruppe Lebensmittelverfahrenstechnik，2026年2月25–27日，卡尔斯鲁厄）上，我们展示了一张关于喷雾中动态双重乳液液滴光学表征的海报。该工作聚焦于复杂液滴测量，展示了基于TSTOF的光散射信号如何提供有关结构化液滴、乳液和喷雾的信息。
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复杂液滴在食品技术、涂装工艺、制药以及多相流研究中都十分重要。与简单的液体液滴不同，它们可能包含内部液滴、颗粒或不同的液相。因此，它们的光学信号所包含的信息远不止粒径和速度。
双重乳液液滴的光学测量
该海报介绍了一种测量单个动态双重乳液液滴的方法。该方法利用TSTOF测量仪器记录的光散射信号。这些信号可能包含有关复杂液滴内部结构的物理信息。
为理解这些信号，研究采用了基于三维光线追迹的仿真，目的是找出光散射图样与双重乳液液滴特征属性之间的相关性。研究考虑了两种构型：含有内部油滴的水滴，以及含有内部水滴的油滴。
从双重乳液到牛奶喷雾表征
同样的理念也适用于牛奶喷雾表征，因为牛奶是一种复杂的多相液体，含有水、脂肪滴、蛋白质及其他成分。当牛奶被雾化成喷雾时，每个液滴都可能携带有关成分、结构和工艺条件的信息。
光学测量方法有助于分析这种行为。通过评估来自单个液滴的光散射信号，研究人员可以研究液滴族群、材料差异以及喷雾中的变化。这为监测食品相关喷雾及其他复杂液体开辟了新的可能性。
TSTOF与AI辅助信号分析
TSTOF技术测量单个液滴的时间分辨光散射信号。在经典应用中，该方法可以确定液滴粒径和速度。然而，复杂液滴需要更深入的分析。
因此，人工智能可以为复杂光散射信号的评估提供支持。在本工作中，研究人员生成了双重乳液喷雾，并利用AI对其信号进行聚类。这有助于识别可能的液滴族群，并为复杂喷雾体系的分析提供支持。
实验验证
为进行实验验证，研究在落塔中使用涂有清漆的玻璃珠。这些颗粒可模拟单个液滴的动力学行为，从而实现受控的光学实验。在进一步的研究中，还生成了双重乳液喷雾，并在喷雾条件下进行分析。
仿真、实验、TSTOF诊断与AI辅助聚类的结合，为复杂液滴测量奠定了坚实基础，也为未来在牛奶喷雾表征、食品过程监测、材料分析和工业喷雾诊断中的应用提供了支持。
应用潜力
复杂液滴测量可为混合过程的分析研究和监测提供支持，还可用于表征乳液、悬浮液、食品喷雾、药用喷雾、涂层材料及其他多相体系。
在牛奶喷雾表征方面，该方法为深入理解雾化乳制品液体提供了途径，有助于分析液滴结构、喷雾稳定性、工艺变化以及与材料相关的喷雾行为。
所介绍的方法表明，光学喷雾诊断可以超越简单的液滴粒径测量，为实时分析复杂液滴的内部结构开辟了新的可能性。
参考文献
[1] Schaefer, W., Fleck, S., Haas, M., & Jakobs, T. (2025). Optical Measurement Method for Monitoring High-Mass-Concentration Slurry Sprays: An Experimental Study. Photonics, 12(7), 673. https://doi.org/10.3390/photonics12070673
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