背压对停油过程喷油嘴内部流动的影响研究

摘要
摘要
喷油嘴内部流场会对喷油特性产生影响。

在近年来，有研究发现喷油器进行喷雾后，喷油嘴内部会有气泡残留。

这些气泡来源于孔外气体，对于喷油器的实际工作过程而言这些残留的气泡来源于气缸内的高温燃气，这些高温燃气可能会造成孔内的结焦。

为深入了解喷油嘴内部流场，本文利用可视化试验装置和数值模拟方法着重研究了停油过程中不同背压对喷油嘴内部空化及气体倒流现象的影响以及相关机制。

本文首先进行了定容室的设计和制造，并搭建了能够提供稳定环境压力的可视化拍摄试验平台。

在进行拍摄试验前，对定容室进行了承压能力与密封性测试以保证试验过程的安全。

试验拍摄使用的接近实际尺寸的透明喷嘴安装在实际喷油器上进行喷射试验使喷射环境更接近于实际喷嘴。

可视化试验平台使用的纳秒级光源能够有效冻结喷嘴内的高速流场，并利用阴影法与数码相机进行拍摄。

由不同背压条件下的试验结果发现，在稳定喷射过程没有空化现象，针阀关闭过程中喷油嘴内迅速产生了空化现象，空化溃灭过程伴随着气体倒流现象。

背压越高，针阀关闭时形成的空化量越少，产生的倒流气体越少。

基于VOF模型和动态重叠网格技术对针阀关闭过程的喷油嘴内流场进行了瞬态模拟。

模拟中主要对喷嘴内的空化体积、倒流气体体积、针阀密封面和喷孔的流速等参数进行定量分析。

研究结果表面，喷孔出口附近的残留的初始气泡会使初始喷雾形态呈现双蘑菇形态。

针阀关闭造成的节流断流过程使压力室入口流速的迅速下降，这是引起喷油嘴内部出现空化的影响因素；针阀关闭过程中，喷油嘴内的空化初生时间与针阀密封座面流量迅速降低的时间吻合，而且空化初生时间基本不受背压和喷射压力的影响。

空化溃灭过程是孔外压力向孔内传递，这使得空化溃灭发生过程是从孔口向压力室推移；当喷孔内的空化完全溃灭时，压力室内的空化达到最大值。

空化溃灭所空出的体积被倒流气体填充；空化体积基本等于倒流气体体积。

在不同背压条件下，随着背压的升高，空化和倒流气体体积减小，规律与试验结果吻合。

空化持续时间随着背压的升高而减小，且随着背压的升高，空化持续时间减小的幅度会降低。

不同喷射压力条件下，随着喷射压力的升高，空
摘要
化量和倒流气体体积随之增大，空化持续时间变长。

对模型进行简化后，推导了表征停油过程喷油嘴内部空化程度的无量纲空化数
C。

空化数随着背压的升高、喷油压力和燃油体积模量的减小而N
增大。

空化数越大，停油时喷油嘴内越容易发生空化、倒流气体量越多。

对比试验和模拟结果，空化数
C在一定程度上能够反映停油过程喷油嘴内部
N
空化的难易程度。

关键词：喷油嘴，背压，空化，气体倒流，可视化实验，数值模拟
Abstract
ABSTRACT
The internal flow field of nozzle could effect injection parameters. In recent years, some studies have found that there are residual bubble inside the nozzle after spray which from outside gas. For the actual working process of injector, these residual bubble were from the high temperature gas in cylinder. The high temperature gas may be cause coking in the hole. For the further understanding of internal flow field of nozzle, The article has emphatically studied the influence of ambient pressure on air ingestion in the process of oil stopping by the method of visualization experiment and numerical simulation.
The paper has designed a constant volume chamber and built a visualization experiment platform which can provide a stable environment pressure. In order to ensure the safety of the experimental process, the test of bearing and sealing capacity must needed implement first. Then in order to make the spray environment is more close to the actual injection nozzle, the transparent nozzle which made according to the actual size was used. The nanosecond light source platform can frozen the high speed flow field effectively and then shoot by shadow method. The results by different back pressure conditions have found that, the cavitation phenomenon was not found in stable injection process but quickly produced when the valve was closing, The process of cavitation bubble collapse accompany with the air ingested phenomenon. The higher back pressure, the amount of cavitation formation is less when the valve is closed and the ingested air volume is also less.
The VOF method and the overset grid technology were used to simulate transient state flow in the spray orifice and the sac. The simulation purpose was quantitative analysis some parameters, such as the cavitation volume inside nozzle, ingested air volume, needle valve sealing surface and the flow velocity in nozzle. The results show that the residual bubbles near the nozzle exit will make the initial spray form a double mushroom shape. The velocity at sac inlet decreased rapidly which caused by setting off process was the mainly factor that create cavitation in nozzle; The time of cavitation nascent and the mass flow decreases rapidly at the needle sealing surface is agree, and
Abstract
the time could not be influenced by back pressure and injection pressure. Cavitation collapse process is caused by outside pressure transfer to the hole and made the cavitation collapse phenomenon also transmit to the sac from the orifice. The sac pressure reaches the maximum value when the cavitation collapse completely. The cavitation collapse process inside nozzle and air ingested process is a complementary process in space. The vacated volume because of the cavitation collapse was filled by ingested air, the volume of air ingested is substantially equal to the volume of cavitation collapse. When the back pressure is increasing, the volume of cavitation and ingested air is reduced, the law is consistent with the test results. The duration of cavitation and amplitude of cavitation duration both decreases with the increasing of back pressure. But the cavitation and ingested air volume would raise with the increasing of injection pressure, as well as the duration of the cavitation.
The dimensionless cavitation number
C which express the cavitation degree was
N
derived after simplifying the math model, The cavitation number would increased when the back pressure was raised as well as the decrease of injection pressure and fuel volume modulus. The greater of the cavitation number, the easier of cavitation occurrence, the more volume of ingested air at the oil stopping process. Consider experiment and simulation results synthetically, the cavitation number
C can reflect
N
the cavitation degree of difficulty in a certain extent.
Key words: numerical simulation; visualization experiment; nozzle; ambient pressure; cavitation; air ingestion
目录
目录
摘要 ............................................................................................................................. I II ABSTRACT .. (V)
第1章绪论 (1)
1.1 研究背景与意义 (1)
1.2 喷嘴内部流场研究现状 (2)
1.2.1试验方法研究现状 (2)
1.2.2 模拟方法研究现状 (4)
1.3 本文主要研究内容 (6)
第2章可视化试验平台的搭建 (7)
2.1定容室的设计和制作 (7)
2.1.1 定容室的设计 (7)
2.1.2 定容室承压及密封性测试 (9)
2.2 透明喷嘴的设计制作 (11)
2.2.1 透明喷嘴材料选择与介绍 (11)
2.2.2 透明喷嘴的加工与安装 (13)
2.3 可视化试验台搭建 (13)
2.3.1 试验设备组成与简介 (13)
2.3.2 试验拍摄原理 (15)
2.4 本章小结 (16)
第3章基于VOF模型的数值模拟方法 (17)
3.1 相关模型及控制方程 (17)
3.1.1 VOF模型及控制方程 (17)
3.1.2 湍流和空化模型 (18)
3.1.3 网格模型与技术 (19)
3.2 几何模型及运算条件设定 (20)
3.2.1 几何模型与边界条件设定 (20)
目录
3.2.2 针阀运动规律及相关场函数设定 (21)
3.2.3 计算时间步的设定 (23)
3.3 网格独立性分析 (23)
3.4 本章小结 (25)
第4章试验结果与数值模拟结果分析 (26)
4.1 喷嘴内部流场的可视化试验分析 (26)
4.1.1 不同时刻停油过程中孔内空化及倒流现象分析 (26)
4.1.2 不同背压条件下孔内空化及倒流现象分析 (28)
4.2 停油过程喷油嘴内部流场数值模拟 (29)
4.2.1 停油过程喷油嘴内部流场分析 (29)
4.2.2 不同背压对喷孔内空化及倒流现象的影响 (37)
4.2.3 不同喷射压力对喷孔内空化及倒流现象的影响 (42)
4.3本章小结 (48)
第5章停油过程中空化及倒流机理分析 (50)
5.1 空化数的提出 (50)
5.2 机理分析 (52)
5.3 本章小结 (53)
第6章结论与展望 (54)
6.1 结论 (54)
6.2 进一步工作方向 (56)
致谢 (58)
参考文献 (59)
攻读学位期间的研究成果 (62)
第1章绪论
第1章绪论
1.1 研究背景与意义
随着汽车在城市中的使用量的增加，汽车排放的尾气对城市中的生活环境造成了较大的污染。

为了能够改善城市中的空气质量，对新能源的期待以及投入在逐渐提高，同时对于现有的内燃机也在进行着各种改进与提升。

内燃机给人们生活提供了大量的便利，目前能够替换内燃机在人类社会中地位的新型能源转换装置技术还不够成熟。

有专家预测，未来几十年时间里内燃机依然会在人们的生活中扮演者重要角色，人们对于内燃机也提出了更高的性能和排放要求。

内燃机对空气的主要污染来源是燃油燃烧过程。

而影响燃烧效率和其排放产物的主要因素受到内燃机工作过程、喷油器雾化效果等因素的影响。

研究人员对喷油器的研究中，开始着力对喷油器的雾化性能如喷雾锥角、贯穿距等进行研究分析。

随着研究的深入，各种研究成果开始涌现。

现在喷油器正在朝着高喷射压力、更小的喷孔、更多的喷射次数方向改进。

更高的喷射压力可以时燃油喷出喷孔时拥有更高的速率，更小的喷孔可以使燃油喷出的射流更细更容易破碎，更高的喷射次数可以针对内燃机的工作状态进行多次喷油控制以达到更好的燃烧条件。

除了改进喷油环境、喷孔结构尺寸、喷油工作过程外，研究人员对喷油器内部流场的流动状态也进行了大量的研究。

不同的几何结构和流动状态会对喷油嘴内部的空化位置和空化强度产生影响。

研究表明，空化的发生有利于燃油喷出后的雾化效果，有利于燃油的燃烧与废气排放。

对于喷油嘴内部空化的研究手段受到很多的限制，由于喷油嘴的实际工作环境是在高温高压的气缸内，要实现对实际工作过程中喷油嘴内部流场的观测很困难。

大多数研究者使用比例放大模型进行稳态喷射试验进行研究。

在近年来有研究人员通过射线对实际喷油嘴进行断层扫描拍摄，不过这种研究手段对于试验设备条件要求比较高。

研究中发现了喷油器针阀落座后会有一些大小不等的气泡倒流进入了喷油嘴内部。

由于这些残留的气体来源于喷孔外，对于实际工作条件下的喷油器而言，孔外是高温高压的燃气，有研究表明这些燃气可能会是喷油嘴内部发生结焦积碳的影响因素。

而随着多次喷射技术的广泛应用，针阀落座的次数也随之增加，这就增加了这种倒流气泡对喷油嘴内部结焦的影响，同时也对下一次喷射的初期雾化构成一定的影响。

为了更加深入了解气泡进入喷油嘴的机理，对于喷油器内部流场的研究还可以继续深入。

本文通过搭建试验台进行拍摄试验，同时通过数
第1章绪论
值模拟方法对对停油过程中喷油嘴内部流场进行深入研究。

课题来源于2015年国家自然科学基金项目(51466009)。

1.2 喷嘴内部流场研究现状
1.2.1试验方法研究现状
喷油嘴工作过程中在内部主要为湍流流动，在一定条件下会发生空化现象形成的气液两相流动。

近年来对喷油嘴内部的流场研究进行了一些拍摄研究试验，研究了不同结构、不同环境条件下喷油嘴内部的两相流动以及针阀关闭后的气体倒流现象。

目前研究喷孔内流场的方法主要有两大类：利用透明喷嘴的阴影法（a放大尺寸透明喷嘴、b加装在实际喷油器上实际尺寸透明喷嘴）、射线法（X 射线法、中子射线法）。

对喷油嘴内部空穴现象最早由Berger[1]在透明喷嘴中观测到，其透明喷嘴的尺寸与实际喷油嘴的尺寸相同。

在当时的工业水平限制，制作出的与实际喷油嘴相同尺寸的透明喷嘴不是很理想。

在后续的研究中，研究人员根据相似性理论开始利用放大尺寸的透明喷嘴进行喷射试验。

随后玉木伸茂等人[2]利用树脂材料制作了不同长径比的透明喷嘴，研究了喷束雾化的影响因素，发现空穴对孔内液体流动造成的紊乱是雾化的重要原因，而不是射流与空气的摩擦。

Suh[3]在利用几种长径比的喷嘴研究了空化现象对射流破碎的影响，发现长径比为1.8时在空化数大于0.83或者小于0.7时存在空穴流，空穴数在这个范围之外时没有发现空穴流动，同时发现空穴流动越剧烈、喷孔长度越长雾化效果越好。

Crua[4]利用纹影法进行近场喷雾试验是发现喷雾的初期形态为带有尖端的蘑菇型，分析发现这种形态是一个由倒流的气泡喷出孔外时发生破碎，使气泡前方的流体被破碎的气体冲破形成。

Payri[5]将不同的燃油在石英透明喷嘴中进行实验，定义了适应于不同燃料的空化数，实验发现具有较大粘度的燃料空化产生的条件越严格。

王忠远[6]通过对大几何尺度透明喷油嘴的试验，全面研究了多种因素对喷嘴内空化的影响。

结果表明空化数对孔内空化程度的影响非常显著，增大喷射压力、降低环境背压都有利于喷孔内空化现象的发生，而增大喷孔倾角和长径比以及采用入口圆角等措施则会抑制空化现象的产生。

何志霞[7-12]建立可视化实验系统探究不同喷孔长径比、不同喷孔形状、压力室类型、不同压力环境和透明喷嘴放大比例、等透明喷嘴的空化流动和喷雾特性，实验发现小的长径比空化更强烈，相同孔长的渐缩孔、等径孔和渐扩孔的空化强度越来越大，不同比例放大喷孔内存在两种不同空化类型（线空化、气泡空化），较高的背压时空化初生需要更高的
第1章绪论
流速，空化可以增加喷雾锥角。

冷先银[13]等人利用放大尺寸透明喷嘴研究了交叉孔结构对孔内流场特性的影响，研究发现交叉孔结构喷油嘴压力变化比普通圆孔压力变换缓和，且在压力室内即使空化数很小也未能发现空化现象，空化区域只停留在喷孔内。

邵壮[14]利用放大的透明喷嘴对空穴初生现象进行了研究，通过高速摄影技术对试验现象进行了记录分析发现针阀抬起高度较大时有利于空穴的产生。

Badock等人[15]利用激光光源和阴影拍摄技术研究了使用透明喷嘴改装后的实际喷油嘴内的空穴初生与溃灭现象，研究结果发现针阀抬起前喷孔内有残留的气体空泡，开始喷油后的稳定喷射阶段直孔透明喷嘴内即使压力升高空化产生的气液界面未能延伸到压力室内部，只发生在喷孔内，其试验拍摄图片如图1.1所示。

Serres[16]在研究温度和压力对空化程度以及初期雾化的研究中利用了现代直喷燃油喷射系统加装透明喷嘴进行可视化拍摄，实验条件模拟了部分负荷和大负荷条件对初期喷雾的影响，发现在较高温度时的空化数更大，此时的雾化效果更好。

Hayashi[17]对实际尺寸喷嘴内空化流动进行可视化实验，发现空化是流体分离导致的，将空划分为线空化和面空化，实验得出线空化相对于面空化不易控制，压力增大时线空化现象会随之减弱。

较多的学者实验发现喷油结束后气体倒流现象。

马志炎[18]则利用模拟与试验两种研究方法对放大的透明喷油嘴内的流动进行了研究，并将二者结果进行对比验证，发现模拟结果与试验现象较为吻合。

Jollet等人[19]使用了不同结构的喷孔观察孔内的空化现象，结果发现当针阀抬起和落座过程，针阀密封面与压力室相连接部位附近会出现相对较多的空化现象，说明空化现象与喷孔几何特性相关。

Ghiji,M[20]利用阴影法对近场喷雾进行可视化拍摄同时与模拟进行对比发现针阀关闭后倒流进入的气体可能是引起试验中喷射初期的形态与模拟结果存在偏差的原因。

姜光军[21]在实际喷油器上加装透明喷嘴进行可视化拍摄试验，研究了不同燃料的喷射特性，发现粘度低的燃料更容易发生空穴流动且雾化更好，同时在拍摄过程中发现针阀的起落会对孔内的流动状态产生较大紊乱，喷油结束后会有倒流的气泡残留在喷油嘴内，如图1.2所示。

Gavaises[22]对比了实际喷油嘴与透明喷油嘴内的空穴现象的差异性，结果发现大尺寸喷油嘴中发现的线空化现象在实际尺寸喷油嘴中较难发现，而且空穴气泡的尺寸也不一样。

这些研究结果表明按相似比例放大的透明喷油嘴与实际喷油嘴中的空化现象并不完全符合。

刘劲松[23]在总结了前人的研究成果后，对喷油嘴内部流场的拍摄技术做出了一定的探索，利用中子射线技术成功记录下了喷油嘴内的流场信息，证明了中子射线技术用来观测喷油嘴内的空化现象有一定的可行性。

第1章绪论
Argonne实验室Duke 、Swantek等人[24-26]在X射线相衬成像技术拍摄实际喷油嘴中喷孔内存在空化以及针阀落座后残留在压力室内的倒流气泡如图 1.3所示，并且发现针阀关闭后喷嘴出口残留的液丝与倒流气体有关。

2016年Huang,W等人[27]利用了X射线相衬对比成像技术研究了针阀起落对射流雾化的影响，发现近场射流与针阀起落过程和喷射压力密切相关。

Battistoni[28]利用X射线拍摄技术研究了喷嘴内瞬态流动的影响时，发现针阀的抬起与落座对会对初期雾化产生影响，并在喷油结束后发现倒流气体。

图1.1 25MPa喷射压力时针阀开启阶段孔内空化分布
图1.2喷孔倒流气泡分布（共轨压力30MPa，孔径如图）
图1.3 针阀关闭后的倒流气泡分布
1.2.2 模拟方法研究现状
对于现代内燃机的喷油器而言，其工作条件正在向高温、高压、小尺寸、多次喷射发展，这造成其内部流场的更加复杂化、瞬态化。

在这种情况下对于研究
第1章绪论
实际喷油器工作时喷油嘴内部流场产生了很大的困难。

在试验中很难取得定量的真实工作环境下工作的喷油嘴内部流动状态，因此计算流体力学给很多研究者[29-32]提供了较好的模拟手段。

根据诸多研究者对于喷油嘴内部流场的分析，其流场属于含有强湍流的气液两相流动。

目前有三种方法被用于模拟喷嘴内的湍流模拟：RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)、LES(Large-eddy Simulation)、DNS(Direct Numerical Simulation) ；模拟气液两项流动的方法主要有均相流、多流体和VOF(V olume of Fluid)模型。

何志霞[33]使用RANS模型与空化模型对喷油嘴内空穴流动做出模拟，模拟结果和试验结果比较吻合，并发现空化会增大喷雾锥角利于雾化。

Salvador[34]结合RANS和均相流模型对喷嘴内空化的研究中发现不同的针阀抬起高度会对喷嘴内空化和湍流的发展产生较大影响。

Payri[35]在对不同几何模型对喷嘴空穴的影响研究中应用RANS模型并附加空化模型模拟了不同几何形状的喷嘴内部流动，其模拟效果比较理想，和试验现象的变化趋势相同。

DNS方法采用直接进行计算的方式，使得时间步非常小计算量很大，在孔内流场的模拟中使用的较少。

Lebas[36]结合DNS和Level Set模型对射流初始破碎进行了模拟研究，模拟结果较好和试验基本吻合。

LES是一种计算速度和精度比较兼顾的方法，Duke[37]、Salvador[38]、Payri[39]、彭天鹏[40]运用LES方法对喷孔内空穴和近孔口射流进行了模拟分析，模拟的孔内湍流和空化都有较好的模拟结果。

在均相流模型的模拟运用中，何志霞等[41-45]利用该模型进行了共轨压力、喷油嘴结构以及针阀运动对喷孔内流动特性的影响研究。

魏明锐[46]用均相流模型结合混合多相流模型研究了喷孔长径比、压力等条件对孔内空化区域进行了研究分析。

汪翔[47]使用这个模型并结合空穴模型对喷油嘴内流场进行模拟，研究了多个喷射压力环境下的空化情况，模拟结果和试验数据吻合。

Molina[48]使用该模型进行了不同结构的椭圆孔对空化效果的影响研究。

Salvador [49]通过该模型对孔内流速、压力、空化分布等进行了研究，并使用试验结果进行了验证，证明了模型的可靠性。

Zhang Jun[50, 51]利用多流体模型研究了压力条件、几何结构等条件对喷嘴内部空化及流量的研究。

张辉亚[52]使用双流体模型模拟了喷油嘴内部的压力变化，研究了影响喷嘴内流场的多个重要因素，模拟结果较为准确。

VOF模型的应用中，Marcer[53]、V ortmann[54]等人运用改进的VOF模型对喷油嘴内部两相流动进行了模拟，对喷孔内流量、速度、空化等模拟结果都与试
第1章绪论
验有较好的契合。

1.3 本文主要研究内容
作者对前人的研究进行了分析调研后发现目前对实际喷油嘴孔内流场的还有很多内容可以进行深入研究。

作者深入了解实际喷油嘴内部流场的流动情况，尤其是对瞬态过程中针阀的运动对喷孔内部流动形态的影响。

本文采用试验拍摄与定量模拟结合的方式，研究了停油过程中喷油嘴内部出现的空穴以及气体倒流现象。

并提出描述停油过程引起的空化程度的无量纲数，深入分析停油过程喷油嘴内部流场出现空化的机理以及空化与倒流气体之间的关系。

本文主要研究内容如下：
（1）设计和制作定容室，并搭建能实现不同背压条件下利用高速频闪摄影技术进行可视化拍摄试验的试验台。

在实际喷油器的基础上进行改造，安装上0.3mm孔径的透明喷嘴作为试验对象，利用定容室提供0.1MPa、1 MPa、2 MPa、3 MPa的环境背压，使用高压共轨喷射系统提供喷油器所需要的喷射压力、单次喷油的质量等试验条件对不同背压下喷油嘴内部流场中的空穴及气体倒流现象进行显微拍摄试验。

（2）研究试验中拍摄到的针阀运动过程中喷油嘴内部流场的规律，分析喷油嘴内空化发生时间以及空化发生的位置和形态，并观察研究停油后外部环境气体流入喷油嘴的过程，分析空化过程与气体倒流现象的关系。

对比不同背压条件下的喷射试验结果，分析不同的环境背压对喷油器停油过程中喷油嘴内部流场的影响，并对试验结果进行初步理论分析，总结背压对喷油嘴内部空化及气体倒流现象的影响规律。

（3）利用重叠网格技术对不同环境条件下喷油器停油过程中喷油嘴内部流场进行模拟并与试验结果进行对比分析。

在不同喷射压力、不同环境背压条件下，定量研究针阀关闭过程中喷油嘴内空化体积及倒流气体体积的变化规律，根据喷油嘴内部的探测点的流速、压力场、速度矢量场等数据分析针阀关闭过程中压力室和喷孔内空化以及气体倒流的形成机理。

（4）利用无量纲数，分析影响停油过程中喷嘴内发生空化的机理，并推导针对停油过程的空化数，结合试验拍摄现象与定量的模拟结果对推导结果进行分析验证。

第2章可视化试验平台的搭建
第2章可视化试验平台的搭建
2.1定容室的设计和制作
2.1.1 定容室的设计
定容室的设计要满足以下基本条件。

其一，一定的容积，定容室内部容积要尽量满足喷雾所需要的空间，空间太小会对喷雾流场造成一定干扰。

其二，一定的抗压能力，定容室要能够承受3MPa的压力下正常工作，在安全系数为二的情况下，其抗压能力要达到6MPa。

其三，密封性，在试验拍摄过程中，定容室内部充满了高压空气，内部空气泄露会影响定容室内部流场的稳定，从而对喷雾形态产生不利影响，同时会使内部压力降低不能稳定在设定的背压下。

其四，可视化，试验拍摄是依靠阴影法进行，定容室前后两端安装透明材料做的视窗，使照相机能透过视窗进行拍摄。

其五，可操作性，定容室的结构要能实现透明喷嘴的安装，视窗的清理，喷射燃油的收集与排出，高压气体的充放气及压力检测等过程。

图2.1 定容室3D爆炸图
根据以上设计条件，定容室结构设计如图2.1，定容室结构分为定容室主体、上下端盖、前后视窗盖、透明视窗、喷油器固定夹具、压力表等。

定容室材料选用机械性能和加工性能良好的45号钢。

透明视窗长122mm，宽82mm，厚30mm。

有效透明视窗长为104mm宽64mm，材料采用有机玻璃板制作，有机玻璃的材料是甲基烯酸甲酯单体（PMMA）。

有机玻璃的透光率在92%以上，具有高强度和刚度，破碎时无锋利边缘相较于石英玻璃更加安全。