专利汇可以提供一种液滴撞击液膜可视化实验平台及其使用方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种液滴撞击液膜 可视化 实验平台及其使用方法,该装置包括:液滴生成装置、液膜生成装置、液膜移动装置、 图像采集 及检测系统、控制处理系统。各装置和系统相互协作,实现不同种类、不同直径、不同数量、不同偏转 角 度及不同滴落速度的液滴滴落至不同种类、不同倾角、静止液膜或不同流速液膜的可视化实验研究;图像采集及检测系统用以检测液滴直径、液滴速度、液膜厚度及采集液滴撞击液膜瞬间的图像。本实验平台具有操作简单、使用方便、能精确控制和调节液滴及液膜各项参数等特点,适用于石油开采、航空航天以及化学材料制备设备等领域,诸如 发动机 的燃油燃烧前相关的油滴研究、喷淋杀菌冷却隧道的研究等。,下面是一种液滴撞击液膜可视化实验平台及其使用方法专利的具体信息内容。
1.一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述平台包括液滴生成装置、液膜生成装置(17)、液膜移动装置、图像采集及检测系统、控制处理系统;所述控制处理系统与液滴生成装置、液膜生成装置、液膜移动装置、图像采集及检测系统相互协作,实现不同种类、不同直径、不同数量、不同偏转角度及不同滴落速度的液滴滴落至不同种类、不同倾角、不同流动速度液膜的实验研究;
所述的控制处理系统,包括PC输入端(19)、中央处理器(20)、显示器(21)、控制模块(5),该系统以中央处理器(20)为核心,单向接受PC输入端(19)的目标信息,单向输出信息至显示器(21),双向接受并反馈控制模块(5)的信号;
所述液滴生成装置,包括注射泵(1),不锈钢管(2),避震软管(3),小球发射器(4),孔板(7),针管(8),液滴(9),偏转电场板(10),延时控制器(11),光屏障(12),连杆(13),多普勒测速仪(14),测速仪移动轴(15);所述不锈钢管(2)一端与注射泵(1)相连,另一端与孔板(7)相连,且不锈钢管(2)中间嵌有一段避震软管(3);所述孔板(7)上插有针管(8),液滴(9)从针管(8)中滴落;所述小球发射器(4)置于避震软管(3)下方的不锈钢管(2)左边,通过控制模块(5)传输信号;所述针管(8)下方设有偏转电场板(10);所述注射泵(1)推进液体流动,经过不锈钢管(2)、避震软管(3)及孔板(7),最终生成液滴(9)从针管(8)自由下落,穿过偏转电场板(10),滴落至液膜生成装置(17)上;
所述的液膜生成装置(17),包括微型定量蠕动泵(17-1)、缓冲箱(17-2)、液膜刷(17-
3)、刮刀(17-4)、液膜槽(17-5);液膜刷(17-3)连接在缓冲箱(17-2)底部,与缓冲箱(17-2)同宽,刮刀(17-4)由硬质疏水塑料制成,与缓冲箱(17-2)同宽并与其连接在一起,所述微型定量蠕动泵(17-1)连接缓冲箱(17-2),所述微型定量蠕动泵(17-1)接收控制模块(5)的信号,控制缓冲箱(17-2)中液体采用等体积法将液体经液膜刷(17-3)、毛细管(17-6)以一定速率均匀平铺到液膜槽(17-5)内,同时,刮刀(17-4)在液膜槽(17-5)移动过程中将形成的液膜刮平,保证生成的液膜厚度均匀;液膜刷(17-3)中间密集布置了毛细管(17-6);
所述液膜移动装置,包括液膜台移动轴(16)、液压升降台(18)、支架(17-7)、设备平台(17-8)、滑槽(17-9)、限位块(17-10)、齿轮箱(17-11)、齿条(17-12)、连接立柱(17-13)、微型变频调速电机(17-14)和壳体(17-15),所述支架(17-7)固定在液膜移动装置的设备平台(17-8)上,用以支撑和实现刮刀(17-4)和液膜刷(17-3)在支架(17-7)上往复垂直运动;所述液膜台移动轴(16)和液压升降台(18)控制液膜生成装置(17)纵向移动及倾斜一定角度,设备平台(17-8)、滑槽(17-9)、限位块(17-10)、齿轮箱(17-11)、齿条(17-12)、连接立柱(17-13)、微型变频调速电机(17-14)和壳体(17-15)控制液膜生成装置(17)横向移动,所述微型变频调速电机(17-14)传动轴与齿轮箱(17-11)连接,所述齿轮箱(17-11)下面焊接有壳体(17-15),用于固定放置微型变频调速电机(17-14);所述设备平台(17-8)为U型凹槽状,所述设备平台(17-8)的凹槽内的两臂上对称设置两根齿条(17-12),所述齿条(17-12)与齿轮箱(17-11)里两边的齿轮相啮合,通过接收控制模块(5)的信号调节输出转矩,连接立柱(17-13)上端与液膜槽(17-5)焊接在一起,下端与齿轮箱(17-11)焊接在一起,所述液膜槽(17-5)底部设置四个滚轮(17-5-1),滚轮(17-5-1)卡入设置在U型凹槽内两臂的滑槽(17-9)内,所述滑槽(17-9)的各个端点处均设置限位块(17-10),所述设备平台(17-8)底部设置液压升降台(18);
所述的图像采集及检测系统,包括液滴直径检测装置、液滴速度检测装置、液膜厚度检测装置和撞击图像采集装置;所述液滴直径检测装置为工业相机(6),所述工业相机(6)置于与液滴(9)生成口即针管(8)末端同一高度处,通过控制模块(5)传输信号;所述液滴速度检测装置置于偏转电场板(10)的下方,包括延时控制器(11)、光屏障(12)、连杆(13)、多普勒测速仪(14)、测速仪移动轴(15);所述光屏障(12)通过连杆(13)固定在多普勒测速仪(14)右上方,光屏障(12)通过延时控制器(11)向多普勒测速仪(14)传输信号;所述多普勒测速仪(14)通过控制模块(5)传输信号;所述液膜厚度检测装置和撞击图像采集装置为同一装置,包括步进电机(17-16)、丝杠(17-17)、光杠(17-18)、丝杠支撑座(17-19)、滑台(17-
20)、双目摄像仪(17-21),在实验准备阶段检测液膜厚度,在实验操作阶段采集液滴撞击液膜的图像,步进电机(17-16)与丝杆(17-17)连接,固定安装在设备平台(17-8)的凹槽内,丝杠(17-17)上有螺纹,与滑台(17-20)螺纹连接,提供滑台(17-20)运动的扭矩,丝杠(17-17)和光杠(17-18)穿过并支撑滑台(17-20),同时穿过两端布置的丝杠支撑座(17-19),步进电机(17-16)和双目摄像仪(17-21)均接收控制模块(5)的信号而动作。
2.根据权利要求1所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述的小球发射器(4)包括气体室(4-1)、挡板(4-2)、进球管道(4-3)、小球(4-4)、小球弹出管道(4-6)和小球收集网兜(4-7);所述小球弹出管道(4-6)的左端连接气体室(4-1),右端连接小球收集网兜(4-7),垂直段连接进球管道(4-3);所述气体室(4-1)为气压为2MPa高压气体室,通过挡板(4-2)与小球弹出管道(4-3)相隔,挡板(4-2)由电磁阀控制,小球(4-4)由进球管道(4-3)进入小球发射器(4),进球管道(4-3)与小球弹出管道(4-6)的直径一致,均大于小球(4-4)直径。
3.根据权利要求2所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述小球弹出管道(4-6)中设有弹性挡圈(4-5),以约束小球(4-4)的位置,小球收集网兜(4-7)为棉线材质,以避免小球(4-4)发生弹跳。
4.根据权利要求1所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述针管(8)与孔板(7)为过盈配合,配合部分直径为4mm;针管(8)有d=3mm,产生直径为3-4mm的液滴;d=4mm,产生直径为4-5mm的液滴二种型号。
5.根据权利要求1所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述孔板(7)与不锈钢管(2)通过螺纹连接,装配时设有垫圈起密封作用,所述孔板(7)具有可互换性,包括一孔制、二孔制、三孔制、四孔制的孔板,孔径均为4mm,且孔板(7)上的孔都对称均匀布置,通过在不锈钢管(2)末端更换不同型号的孔板,可产生不同数量的液滴。
6.根据权利要求1所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述齿轮箱(17-11)具有二级齿轮传动,包括一级主动直齿轮(17-11-1)、两个从动齿轮(17-11-2)以及二级齿轮(17-11-3),齿轮箱(17-11)中所述齿轮均为直齿轮,齿轮箱(17-11)中齿轮的轴与微型变频调速电机(17-14)输出轴链接在一起,其中一级主动直齿轮(17-11-1)带动左右两个从动齿轮(17-11-2),实现一级传动;同轴的二级齿轮(17-11-3)伸出齿轮箱(17-11)外置,与设备平台(17-8)的齿条(17-12)啮合,实现二级传动,带动液膜水平运动。
7.根据权利要求1所述的一种液滴撞击液膜可视化实验平台,其特征在于:所述双目摄像仪(17-21)包括两个高速摄像头(17-21-1)、氙灯(17-21-2)、灯光扩散板(17-21-3),双目摄像仪(17-21)固定在滑台(17-20)上,随滑台(17-20)沿丝杠(17-17)做水平运动,标定好的双目摄像仪(17-21)对已形成的液膜图像进行采集,输出至PC端的中央处理器(20)进行图像处理分析。
8.一种液滴撞击液膜可视化实验平台的使用方法,其特征在于利用权利要求1所述的平台,包括如下步骤:
(a)、实验开始前,根据液膜种类需求,向缓冲箱(17-2)中注入所需液膜介质并保证整个液膜生成装置在运行中注满液体介质;
(b)、在PC输入端(19)输入液膜与水平面的目标夹角θ,中央处理器(20)将信号输出至控制模块(5),调节液压升降台(18)使得液膜生成装置(17)与水平面呈θ角;
(c)、在PC输入端(19)输入液膜厚度目标值d,中央处理器(20)采用等体积法计算后将体积信号输出至控制模块(5),控制模块(5)调节支架(17-7)使液膜刷(17-3)及刮刀(17-4)移动到液膜厚度目标刻度位置;
等体积法计算公式如下:
V=A·d,A是液膜槽(17-5)的底面积;
(d)、启动微型变频调速电机(17-14),液膜槽(17-5)在起始位置开始恒速v运动,同时启动微型定量蠕动泵(17-1),根据脉冲信号控制液体介质以恒定流量在液膜槽(17-5)中平铺,刮刀(17-4)在液膜槽(17-5)移动过程中将形成的液膜刮平;
流量计算公式如下:
q=2vd,单位为m2/s,d为液膜厚度输入值;
(e)、人工肉眼读取液膜槽(17-5)四个内壁面上的刻度读数,再求其平均值,即为形成的液膜厚度;
(f)、启动步进电机(17-16),移动滑台(17-20)至凹槽最左端,即液膜检测区中心线位置,开启双目摄像仪(17-21),采集形成的液膜图像并输出至中央处理器(20);
(g)、中央处理器(20)对图像处理分析,提取液膜特征,确定液膜水平面上等间距的四点高度坐标值,平均后即为所测液膜高度;
(h)、若双目摄像仪(17-21)测量的液膜厚度没有达到目标值,则中央处理器(20)再次利用等体积法根据液膜厚度目标值与测量值之间的差值,控制微型定量蠕动泵(17-1)再次向液膜槽(17-5)注入液体介质,体积计算公式如下:
V1=A·Δd,A是液膜槽(17-5)的底面积,Δd为液膜厚度目标值与测量值之间的差值;
利用光电式测量方式和机械式测量方式再次检测液膜厚度,得到液膜厚度测量值,与PC输入端(19)输入目标值d比较,反复操作,直至液膜厚度相对误差≤0.1%,即为合格液膜;
(i)、再次启动步进电机(17-16),移动滑台(17-20)至凹槽最右端,位于针管(8)正下方,针管竖直延长线与滑台中心线重合,即液膜运动区中心线位置;
(j)、向注射泵(1)中注入所需液滴介质,同时排尽不锈钢管(2)及液滴生成装置中的空气,根据所需液滴数量和直径选择相应型号的孔板(7)及针管(8);
(k)、将直径目标值和速度目标值输入至控制模块(5),计算得出目标直径的液滴具有目标速度时所处的最大高度位移和最小高度位移,并将两个极限位移值输出至多普勒测速仪(14),多普勒测速仪(14)先移至最小高度位移处;
(l)、偏转电场板(10)根据所需液滴偏转角度加载对应额度的电压,液体由注射泵(1)开始推进液体流动,经过不锈钢管(2)、避震软管(3)及孔板(7),在针管(8)末端逐渐形成一定直径的液滴;
(m)、工业相机(6)按100帧/秒的帧率拍摄针管(8)末端形成的液滴,控制模块(5)根据传输来的图像像素信息计算出已形成的液滴直径,并与目标直径值对比;
(n)、液滴直径与目标直径值的差值随注射泵(1)的运行不断缩小,当对比结果显示两者差值在允许误差范围内时,控制模块(5)向小球发射器(4)发送信号发射小球(4-4)撞击不锈钢管(2),针管(8)末端已满足直径要求的液滴(9)受到震动而滴落;
(o)、液滴(9)经过偏转电场板(10)发生角度偏转,穿过光屏障(12),触发延时控制器(11),延时控制器(11)延时几秒后,输出多普勒测速仪(14)动作信号,多普勒测速仪(14)测得落至最小高度位移处的液滴速度值并输出至控制模块(5);
(p)、多普勒测速仪(14)移动至最大高度位移处,第二轮液滴重复上述生成、滴落过程,多普勒测速仪(14)同样测得落至最大高度位移处的液滴速度值并输出至控制模块(5),(q)、控制模块(5)通过计算,确认目标速度在两个极限位移对应的液滴速度之间,若不在,控制模块(5)重新计算,多普勒测速仪(14)再移至两极限位移的中间位置,开始第三轮液滴生成、滴落过程,多普勒测速仪(14)再次测得滴落速度值并输出至控制模块(5),控制模块(5)将该速度值与目标速度值进行对比,运用二分法,找寻下一个中间位置,再进行第四轮液滴生成、滴落过程,多普勒测速仪(14)同样测得滴落速度值,控制模块(5)通过二分法,再找寻下一个中间位置,如此重复,所测速度值与目标速度值越来越接近,直到所测速度值与目标速度值对比结果显示两者差值在误差范围内,多普勒测速仪(14)停止移动;
(r)、控制模块(5)将多普勒测速仪(14)的位置信息输出给液膜生成装置(17),液膜生成装置(17)根据液膜台移动轴(16)上的刻度,也移至同一高度处;再重复一次液滴生成、滴落过程,测出降落至液膜生成装置(17)的液滴速度,以验证液膜生成装置(17)获得的液滴是否满足指定的速度要求,控制模块(5)记录从小球发射器(4)发射小球(4-4)到液滴滴落至液膜生成装置(17)的总时长t并输出至中央处理器(20);
(s)、若实验液滴撞击流动液膜过程,则需在PC输入端(19)输入液膜流动速度目标值vd,中央处理器(20)计算得出液膜槽(17-5)的横向初始位置;s=vd·t,单位为m,t为小球发射器发射小球到液滴滴落至液膜生成装置的总时长,并移动液膜槽(17-5)至指定位置,即距离针管竖直延长线水平距离s处;
(t)、此时液滴直径、液膜厚度均满足要求,中央处理器(20)根据齿轮箱的传动比将目标速度值vd下的电机频率信号输出至控制模块(5),控制模块(5)以该频率启动微型变频调速电机(17-14),齿轮箱(17-11)转动带动二级齿轮(17-11-3)啮合齿条(17-12),液膜槽(17-5)以速度vd匀速移动,同时触发小球发射器(4)发射小球(4-4)击落液滴(9),在液滴下落撞击流动液膜时,双目摄像仪(17-21)采集液滴撞击流动液膜的图像;
(u)、若实验液滴撞击静止液膜过程,则直接启动微型变频调速电机(17-14),将液膜槽(17-5)移动到针管(8)正下方,即针管竖直延长线与液膜槽(17-5)中心线重合;
(v)、如此操作,实验平台便完成了特定属性液滴撞击特定属性液膜的实验研究,改变液滴液膜的相关参数,重复上述过程,即可实现不同种类、不同直径、不同数量、不同偏转角度及不同滴落速度的液滴滴落至不同种类、不同倾角、静止液膜或不同流速流动液膜的实验研究。
标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
---|---|---|
鸡胚移植瘤模型建立方法及其在药物敏感性检测中的应用 | 2020-05-15 | 499 |
用于微流体装置分段装载的毛细屏障 | 2020-05-12 | 351 |
一种基于肤质相关基因检测制定个性化护肤方案的方法 | 2020-05-19 | 941 |
三维体外肺泡肺模型、所述模型的制备方法以及其用于确定和/或预测可吸入物的致敏效果的用途 | 2020-05-13 | 512 |
个人护理器具 | 2020-05-14 | 957 |
全过程靶向多肽及其在构建肿瘤靶向诊治递药系统中的应用 | 2020-05-16 | 882 |
一种RPE细胞片及其应用和制备方法 | 2020-05-16 | 245 |
清肺抑火胶囊的用途 | 2020-05-18 | 523 |
一种地质处置近场工程屏障材料研究用气体测试系统 | 2020-05-19 | 562 |
半导体装置、半导体装置组合件及形成半导体装置组合件的方法 | 2020-05-13 | 898 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。