[發(fā)明專利]一種液相環(huán)境中顆粒非線性碰撞力測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910383237.5
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110132534B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國棟;牛若冰;王飛;巢昆;鄭清華;許璐
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

1.一種液相環(huán)境中顆粒非線性碰撞力測量系統(tǒng)，其特征在于：包括環(huán)境模擬裝置，速度發(fā)生裝置，碰撞裝置，監(jiān)測裝置，數(shù)據(jù)收集裝置，數(shù)據(jù)分析裝置，平衡調(diào)制裝置及碰撞觀測裝置；環(huán)境模擬裝置由容器組成，采用圓柱形玻璃容器盛裝液體模擬液體環(huán)境，容器材料要求無視覺差異，做到觀測顆粒下落情況的無變形，容器底部要求平整無凸起凹陷，保證監(jiān)測裝置的穩(wěn)定；容器上設(shè)有出流口；速度發(fā)生裝置由導(dǎo)向套，支架，鋼球或玻璃球組成，將導(dǎo)向套水平移動至實驗測點位置正上方，保證鋼球的垂直下落，將導(dǎo)向套支架兩端與容器連接，并保證其高度的自由調(diào)節(jié)；顆粒初始位置設(shè)置在液面下方，以減小顆粒與液面碰撞導(dǎo)致的流場擾動；碰撞裝置由平板或顆粒組成，平板表面要求具有較高的精度，實驗操作中，在圓柱形容器中裝一定量的液體，由鋼球在液體中下落并與平板發(fā)生碰撞，要求平板水平放置，保證鋼球下落方向垂直于平板，顆粒落到平板后，如果顆粒落不下去，需要添加顆粒移除構(gòu)件，該構(gòu)件移除顆粒時應(yīng)盡可能降低對流場的擾動，將平板替換成顆?？蛇M行顆粒-顆粒碰撞實驗，實驗要求被碰撞顆粒與傳感器進行剛性連接，使下落顆粒與顆粒發(fā)生碰撞，進而可實現(xiàn)液體環(huán)境下顆粒之間非線性碰撞力的測量；監(jiān)測裝置由傳感器，底座組成，實現(xiàn)對碰撞信號的收集，為保證傳感器的穩(wěn)定，使其不因下落鋼球的碰撞而產(chǎn)生橫向位移，特將傳感器與底座進行剛性連接并預(yù)緊，放置容器底部；傳感器的選擇要求有較高的動態(tài)力響應(yīng)，能捕捉到極短時間內(nèi)的信號變化；傳感器要求防水，由于碰撞過程瞬間完成，碰撞力尺度跨度大，傳感器精度盡量高，靈敏度至少微秒；數(shù)據(jù)收集裝置由數(shù)據(jù)采集器組成；鋼球下落與鋼板發(fā)生碰撞，碰撞力使得傳感器受到力的作用并產(chǎn)生電壓信號，通過整體電纜輸出，并由數(shù)據(jù)采集器收集信號；數(shù)據(jù)分析裝置由數(shù)據(jù)分析軟件提供；數(shù)據(jù)采集軟件將不同信號源或不同采樣率以不同的顯示形式，同步記錄存儲在一個數(shù)據(jù)文件中，通過后處理功能將強大的數(shù)學(xué)計算和分析處理應(yīng)用于已存儲數(shù)據(jù)的處理，實驗數(shù)據(jù)最終在電腦端顯示，并可導(dǎo)出力-時間曲線；碰撞觀測裝置采用粒子圖像測速法完成；顆粒在液體中下落與平板發(fā)生碰撞，該碰撞過程由PIV記錄；通過在液體中使用空心微珠或者金屬氧化物顆粒作為示蹤粒子，PIV法測速通過測量示蹤粒子在已知很短時間間隔內(nèi)的位移來間接地測量流場的瞬態(tài)速度分布；并對顆粒與平板以及顆粒與顆粒的瞬態(tài)碰撞畫面進行捕捉；平衡調(diào)制裝置由調(diào)平地腳組成；容器底部要求有適當(dāng)厚度，可安裝調(diào)平地腳，通過調(diào)平地腳的調(diào)試，實現(xiàn)平板的絕對水平，使實驗誤差達到最小。