[發明專利]一種液滴霧化實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710942513.8
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107807026A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 劉福水;康寧;黎一鍇;花陽;史中杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N21/84
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,楊志兵

技術領域

本發明屬于液體霧化技術領域，特別涉及一種液滴霧化實驗裝置及方法。

背景技術

液體霧化常用的方法有壓力霧化、轉盤霧化、氣體霧化和聲波霧化等，并已廣泛應用于許多領域，如內燃機燃油霧化、噴涂、制藥、醫療和灌溉等。

以內燃機領域為例，由于內燃機行業的飛速發展，能源短缺與環境污染等問題日益嚴重。為此，我國制訂了嚴格的油耗和排放法規，以促使內燃機朝著高效燃燒超低排放的方向發展。在直噴式內燃機中，其燃燒效率和污染物排放主要取決于燃油的霧化質量，燃油的霧化主要分為兩個過程：液態燃油被噴入燃燒室后，連續的液柱先進行初次霧化過程，即分裂成團塊、條帶、液絲和液滴等大小形狀不同的離散結構；這些較大的團塊或液滴隨后會繼續分裂霧化成更小的液滴，即二次霧化過程。這樣，大尺度的連續液柱最終霧化成小尺度的容易蒸發和燃燒的液滴。二次霧化過程決定著噴霧的最終特性，如液滴尺寸、貫穿度和濃度分布等，而這些特性又影響著液滴的蒸發、油氣的混合和燃燒等，進而影響燃燒效率與顆粒物等排放的生成。因此，為了實現內燃機的節能減排，需要進行液滴霧化實驗來詳細研究液滴的二次霧化機理。

現有技術中的液滴霧化實驗，通常是在某一特定的氣流場中或在某一激波管中噴入液滴，觀察其在氣流場中的變化過程而進行的，或者通過觀察液滴在自由落體狀態下的變形和霧化過程而進行的。但是由于實驗原理的限制，這些實驗方法難以精確的控制作用在液滴表面的慣性力的大小，不能滿足科學研究的需求；另，利用上述實驗方法所產生的慣性力的方向是恒定的，不能用來研究動態慣性力如慣性力的頻率對液滴霧化過程的影響。

發明內容

本發明的目的是：為實現對動態慣性力下液滴的霧化機理進行定量研究的目的，本發明提供一種液滴霧化實驗裝置及方法。

本發明公開一種液滴霧化實驗裝置，包括：液滴生成單元、液滴振動單元和信號控制單元；

所述液滴生成單元用于生成液滴并將生成的液滴滴在所述液滴振動單元上；

所述液滴振動單元包括壓電陶瓷和金屬圓薄片，所述壓電陶瓷粘結在所述金屬圓薄片的中心形成壓電陶瓷金屬片；

所述信號控制單元用于產生頻率和電壓可調的電信號，該電信號加載在所述壓電陶瓷金屬片上，當信號控制單元產生的電信號的頻率與所述壓電陶瓷金屬片的共振頻率相同時，所述壓電陶瓷金屬片發生周期性振動，其上的液滴發生霧化；通過改變壓電陶瓷金屬片的共振頻率改變作用在所述液滴表面慣性力的頻率，通過調節所述信號控制單元產生的電信號的電壓改變作用在所述液滴表面慣性力的幅值。

此外，本發明還提供一種液滴霧化實驗方法，包括以下步驟：

S1.將壓電陶瓷粘結在金屬圓薄片的中心形成壓電陶瓷金屬片；

S2.將用于產生頻率和電壓可調的電信號的信號發生器與所述電陶瓷金屬片連接形成回路，并在回路上設置開關；

S3.將所述電陶瓷金屬片的水平度和高度調至設定值，將配置好的實驗所需液滴滴在所述電陶瓷金屬片中心；

S4.調節所述高速相機的位置，令其拍攝方向與所述電陶瓷金屬片中心線相垂直；

S5.調節所述信號發生器的頻率和電壓為設定的實驗目標值，按下所述開關接通回路，所述電陶瓷金屬片中心的液滴發生霧化，通過所述高速相機進行拍攝；

在上述實驗過程中，通過改變壓電陶瓷金屬片的共振頻率改變作用在所述液滴表面慣性力的頻率，通過調節所述信號發生器產生的電信號的電壓改變作用在所述液滴表面慣性力的幅值。

有益效果：

(1)本發明能夠在液滴表面上作用周期性變化的慣性力，并且能夠獨立控制慣性力的頻率和幅值，控制變量多，有利于系統地研究液滴霧化的機理。

(2)該液滴霧化實驗裝置結構簡單、操作容易、成本較低。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成框圖。

其中：1-信號發生器，2-功率放大器，3-數據采集儀，4-光源，5-開關，6-水平工作臺，7-垂直升降臺，8-均光片，9-移液器，10-金屬圓薄片，11-壓電陶瓷，12-加速度傳感器，13-夾子，14-萬向支架，15-延遲控制器，16-高速相機，17-電腦。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。