[發明專利]一種微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗系統及實驗方法

有效

• 申請號: 201710466908.5
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107121264B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 東明;梅耀奎;李雪;李素芬;尚妍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 花向陽;楊翠翠

一種溫濕度可控的微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗系統及實驗方法，屬于氣固兩相流實驗裝置。該實驗系統主要包括微米級顆粒供給單元和設置在實驗艙中的撞擊單元，微米級顆粒供給單元為撞擊單元提供一定速度的載氣和微?；旌蠚?。撞擊單元包含撞擊平臺和微粒供給管，在微粒供給管出氣口和撞擊平臺的外壁上設有熱電偶。光源、石英玻璃視窗、撞擊單元和高速攝像機安裝在一條直線上，高速攝像機電連接計算機。該實驗裝置可獲得微米級顆粒與不同表面撞擊時的入射速度、反彈速度和臨界捕集速度；研究不同溫濕度、不同材料和粒徑顆粒環境下，微顆粒與不同表面撞擊時能量耗散機制；為氣固兩相流及涉及工業領域中的顆粒碰撞、顆粒沉積提供實驗驗證。

技術領域

本發明涉及一種溫濕度可控的微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗系統及實驗方法，屬于氣固兩相流實驗裝置技術領域。

背景技術

細顆粒物沉積現象存在于能源、環境工程、化工、微電子和機械工程等眾多領域。一方面，細顆粒沉積一般具有負面作用，如鍋爐內換熱管表面積灰導致傳熱惡化、透光元件上積灰會造成光通量下降（如太陽能光伏電池由于表面積灰而輸出功率降低）、細顆粒在微機電系統內的沉積可能會引起機械故障或造成流動阻塞、大氣細顆粒在人體呼吸道/肺泡部位沉積造成疾病等。另一方面，細顆粒沉積可以在實踐中加以增強，以能源動力領域為例，通過外加聲場、磁場、電場、化學團聚過程（亦稱聚集過程）將細顆粒團聚成較大顆粒，從而在傳統布袋或靜電除塵器內有效沉積并脫除。

上述主要從宏觀應用角度涉及多相流中細顆粒的沉積問題，為揭示這些過程背后物理本質，從表征微觀尺度顆粒間相互作用的力-位移關系式出發，研究細顆粒間相互作用機理。兩個相近粒徑細顆粒相互接觸的實驗相對較難，因此設計實驗溫度和濕度可控的微米尺度顆粒與不同表面碰撞的實驗裝置是建立濕顆粒動力學理論必須的實驗依據。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供一種溫濕度可控的微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗系統及實驗方法，為揭示多相流中細顆粒的沉積的物理本質，從表征微顆粒間相互作用的力-位移關系式出發，研究細顆粒間相互作用機理。

本發明采用的技術方案是：一種溫濕度可控的微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗系統，它包括一個實驗艙、光源、高速攝像機和計算機，所述實驗艙包含上蓋、實驗艙體和下蓋，在實驗艙體上設有兩個相對的石英玻璃視窗；它還包括一個微米級顆粒供給單元和一個設置在實驗艙中的撞擊單元，所述微米級顆粒供給單元包含載氣瓶、兩個質量流量計、一個濕顆粒發生器和一個混合器，載氣瓶通過兩路管道，一路經一個質量流量計、濕顆粒發生器連接混合器，另一路經另一個質量流量計連接混合器，從混合器流出的載氣與微米級顆粒混合氣經繞有傳熱帶的蛇形管道連接撞擊單元；所述撞擊單元包含撞擊平臺和微粒供給管，固定在上蓋上的微粒供給管與繞有傳熱帶的蛇形管道連接，在微粒供給管出氣口的外壁上設有連接溫度控制器的第一熱電偶，撞擊平臺采用下端連接電熱棒的圓柱體結構，在撞擊平臺的外壁上設有連接另一溫度控制器的第二熱電偶，連接調壓器的電熱棒位于固定在連接體中的陶瓷管中，連接體與下蓋之間采用螺栓連接；所述光源、石英玻璃視窗、撞擊單元和高速攝像機安裝在一條直線上，高速攝像機電連接計算機。

所述實驗艙體的下側壁上設有開孔。

所述第一熱電偶設置在微粒供給管出氣口外壁的0.5-1.5mm處，溫度控制器控制微粒供給管的出氣溫度為220-240℃。

所述第二熱電偶設置在撞擊平臺的外壁上0.5-1.5mm處，所述調壓器控制電熱棒的加熱功率，由溫度控制器控制撞擊平臺的溫度為190-210℃。

所述撞擊平臺的圓柱體直徑為1.8-2.2mm。

所述的一種溫濕度可控的微米級顆粒與不同表面碰撞的實驗方法采用如下步驟：

（1）將微量已干燥的煤灰顆粒放入濕顆粒發生器內；

（2）將高速攝像機與計算機連接，更改計算機IP地址；