[發(fā)明專利]一種液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置及方法

在審

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• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN106989933A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉福水;岑春澤;吳晗;郝樹新;李佳峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 溫子云,仇蕾安

1.一種液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置包括：液滴注射系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)以及信號控制系統(tǒng)，其特征在于：加熱系統(tǒng)包括可改變傾斜角度的傾斜臺(9)，傾斜臺(9)上放置可改變加熱溫度的恒溫加熱平臺(7)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：液滴注射系統(tǒng)包括支撐液滴注射系統(tǒng)的支架(1)、設(shè)置在支架(1)上的注射泵步進(jìn)電機(jī)、由注射泵步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的注射器臺架、安裝在注射器臺架上的可更換的注射器(3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：通過注射泵步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)注射器臺架來控制注射器(3)使液滴滴落；通過改變注射器針管的口徑來控制液滴尺寸；通過改變注射泵步進(jìn)電機(jī)在支架(1)上的位置來改變液滴下落高度，進(jìn)而改變液滴碰壁速度；通過改變注射器(3)中的溶液組分類型來測試不同燃料的液滴碰壁現(xiàn)象。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：通過改變恒溫加熱平臺(7)的實(shí)驗(yàn)平面溫度來控制液滴碰壁時(shí)的壁面溫度；通過改變恒溫加熱平臺(7)與水平面之間的角度來改變液滴碰壁時(shí)的碰壁角度；通過加工恒溫加熱平臺(7)實(shí)驗(yàn)平面獲得不同的粗糙度，來探究壁面粗糙度對液滴碰壁的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：可視化系統(tǒng)包括高速攝像機(jī)(10)、為高速攝像機(jī)(10)提供光源的氙燈(5)、使氙燈(5)燈光均勻分布的勻光片(6)、與高速攝像機(jī)(10)相連并控制高速攝像機(jī)參數(shù)的計(jì)算機(jī)(11)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：信號控制系統(tǒng)包括與計(jì)算機(jī)(11)連接，且安裝在注射器(3)正下方的觸發(fā)裝置(4)，觸發(fā)裝置(4)包括槽型光電開關(guān)、光電開關(guān)檢測儀和延遲控制系統(tǒng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：當(dāng)液滴穿過槽型光電開關(guān)時(shí)，光電開關(guān)會產(chǎn)生一個(gè)階躍信號，檢測儀檢測到該階躍信號并將其輸入至延遲控制系統(tǒng)，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件通過延遲控制系統(tǒng)向高速攝像機(jī)(10)輸入延遲觸發(fā)信號，來控制高速攝像機(jī)(10)的觸發(fā)時(shí)刻，以保證液滴碰壁過程記錄的完整性。

8.一種液滴碰壁實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1、使用無水乙醇清洗恒溫加熱平臺(7)的實(shí)驗(yàn)平面，防止實(shí)驗(yàn)平面上的雜質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

步驟2、用水平儀確定并調(diào)整實(shí)驗(yàn)平面的傾斜角度，傾斜角度確定后固定可傾斜的恒溫加熱平臺(7)；

步驟3、將實(shí)驗(yàn)所用液體注入注射器(3)內(nèi)，并將注射器(3)固定在注射泵(2)上；

步驟4、用量尺確定并調(diào)整注射器(3)針尖與恒溫加熱平臺(7)實(shí)驗(yàn)平面的鉛垂距離，鉛垂距離確定后固定整個(gè)液滴注射系統(tǒng)；

步驟5、控制注射泵步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)注射器(3)滴一滴實(shí)驗(yàn)液滴在實(shí)驗(yàn)平面上，確定液滴滴落的大致位置；

步驟6、設(shè)置高速攝像機(jī)(10)的相關(guān)參數(shù)；

步驟7、調(diào)整高速攝像機(jī)(10)鏡頭焦距至液滴滴落的大致范圍內(nèi)，再次滴一滴液滴，拍攝液滴碰壁過程，觀察實(shí)驗(yàn)圖像是否清晰，重復(fù)以上過程，直至能夠清晰地觀察到整個(gè)液滴碰壁過程；

步驟8、將一標(biāo)定尺置于焦距平面內(nèi)，拍攝以確定液滴實(shí)際尺寸；

步驟9、再次清洗實(shí)驗(yàn)平面，加熱實(shí)驗(yàn)平面至所需溫度；

步驟10、正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制注射泵步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)注射器(3)生成液滴，液滴通過觸發(fā)裝置(4)時(shí)觸發(fā)相機(jī)，記錄液滴撞壁過程；

步驟11、選擇有效數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，對拍攝結(jié)果進(jìn)行剪輯，只保留液滴撞壁過程，若拍攝效果不理想，則重復(fù)以上步驟至達(dá)到滿意效果；

步驟12、完成一組實(shí)驗(yàn)后，若需要變更實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1～11。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液滴碰壁實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：當(dāng)由于實(shí)驗(yàn)平面已經(jīng)加熱導(dǎo)致的不易再次確定高速攝像機(jī)(10)鏡頭焦距是否合適時(shí)，直接更換另一相同加熱平臺進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。