[發明專利]測量對流條件下枝晶間流體流速的方法和裝置

在審

• 申請號: 201510851587.1
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105483830A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 陳崢;劉麗芹;劉淑培;王波;張捷宇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C30B29/54
• 分類號: C30B29/54;C30B7/08;G01P5/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于，包括如下步驟：

a．在長方體透明容器內注入含有示蹤粒子的飽和有機溶液，使長方體透明容器的一側壁形成冷卻面，使有機物枝晶在所述冷卻面上析出并生長，當有機物枝晶平均長度不小于8mm時，開始驅動所述長方體透明容器并帶動飽和有機溶液進行運動，使有機溶液形成設定的周期性變化的流體流場，利用片光源激光器，在長方體透明容器外部設置垂直于冷卻面發射一片激光面，有機溶液流體中的示蹤粒子顯示流體的流動蹤跡，利用高速相機按照設定的時間間隔記錄下流體中的粒子不同時刻的不同位置的圖像，高速照相機的拍攝幀率不低于25幀；

b．再通過分析在相應時間間隔內示蹤粒子的位移，計算出有機物枝晶間流體在相應時間內的流速。

2.根據權利要求1所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟a中，所述透明容器豎直安裝，并驅動所述透明容器水平旋轉，轉動速度為0-10圈/分，在有機物枝晶生長過程中，向有機物流體施加水平對流，所述長方體透明容器的冷卻面采用液氮作為冷卻介質，并采用循環冷卻方式進行冷卻，冷卻端降溫速度為5-50℃/s。

3.根據權利要求2所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟a中，驅動所述長方體透明容器水平采用全周期360°旋轉方式；或者驅動所述透明容器水平采用往復式旋轉方式，往復角度范圍為±5°~±90°，轉速范圍為0.5-10圈/分，往復式旋轉角度根據在水平圓盤上的光電信號來確定。

4.根據權利要求1～3中任意一項所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟a中，長方體透明容器設置在一個水平圓盤上設定的偏心位置處，偏心距離范圍為5-200mm。

5.根據權利要求1～3中任意一項所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟a中，透明容器的對稱中心線與水平圓盤的軸線之間保持平衡，兩線之間的距離范圍為50~200mm。

6.根據權利要求1～3中任意一項所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟a中，示蹤粒子密度不小于1.6g/cm³，示蹤粒子平均粒徑不小于13um。

7.根據權利要求1～3中任意一項所述測量對流條件下枝晶間流體流速的方法，其特征在于：在所述步驟b中，根據相鄰時刻采集的兩張照片上示蹤粒子的路程差與時間間隔的比值，通過計算得到枝晶間有機流體內每一點的流速，相機與透明容器之間的距離和相對位置可調。

8.一種測量對流條件下枝晶間流體流速的裝置，包括長方體透明容器（1），其特征在于：向所述長方體透明容器（1）注入含有示蹤粒子的飽和有機溶液，所述長方體透明容器（1）的一側豎直側面由銅壁（2）制成，設置液氮冷卻裝置（7），所述銅壁（2）采用液氮作為冷卻介質，利用控溫及溫度采集系統采用循環冷卻方式對所述銅壁（2）進行冷卻控制，使有機物在所述銅壁（2）上析出并生長，將所述長方體透明容器（1）垂直安裝在水平設置的水平圓臺（3）上設定的偏心位置處，偏心距離范圍最大為200mm，且偏心位置可調，設置數控變頻電機（8），驅動所述水平圓臺（3）能進行周期性360°水平旋轉或往復式水平旋轉，通過調整所述水平圓臺（3）的轉速及長方體透明容器（1）在所述水平圓臺（3）上的位置，模擬不同轉速下流體流場，利用激光片光源發射器（4）向所述長方體透明容器（1）內部發射一片激光面，使激光面與所述銅壁（2）垂直，將所述激光片光源發射器（4）安裝在導軌（6）上，使所述激光片光源發射器（4）沿著所述導軌（6）進行平移，從而使所述長方體透明容器（1）內部的激光面按照設定的時間間隔和設定的移動距離進行平移，以激光面作為觀測面，設置高速照相機（5）對激光面進行拍攝，記錄下有機物流體中的粒子不同時刻的不同位置的圖像，然后將圖像信息輸送到信息分析系統中，通過分析在設定時間間隔內示蹤粒子的位移，計算出有機物枝晶間流體在設定時間內的流速。