氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，包括冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和液滴發(fā)生器，冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)包括連接有氣流恒溫控制箱的兩根平行的空氣加熱管道，空氣加熱管道一端連接有試驗(yàn)測(cè)量口，另一端通過(guò)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)與空氣壓縮機(jī)相連；液滴發(fā)生器的液滴出口設(shè)置在實(shí)驗(yàn)測(cè)量口；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括相連的高速相機(jī)和計(jì)算機(jī)，高速相機(jī)正對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量口。為液滴二次破碎機(jī)理研究提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、便于操作新的測(cè)量裝置。
【專利說(shuō)明】氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及液滴特性試驗(yàn)領(lǐng)域，具體是一種氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特 性測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在噴霧系統(tǒng)中，液滴的二次破碎在增加氣液間有效接觸面積與強(qiáng)化氣液間的傳 熱、傳質(zhì)方面起著及其重要的作用。對(duì)迄今為止公布的文獻(xiàn)資料，主要通過(guò)高速相機(jī)捕獲液 滴的變形、破碎過(guò)程，通過(guò)全息顯微照測(cè)量液滴的速度、尺寸分布，為獲取詳細(xì)參數(shù)信息，一 般將兩種設(shè)備同時(shí)使用，因此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、操作難度較大、測(cè)量成本較高。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)高速相機(jī)和全息顯微照同時(shí)使用，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜、操作難度較大、測(cè)量成本較高的問(wèn)題，為單液滴破碎特性研究提供一種新的測(cè)量裝 置，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了操作難度與測(cè)量成本。
[0004] 本實(shí)用新型包括冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和液滴發(fā)生器，冷態(tài)空氣 加熱系統(tǒng)包括連接有氣流恒溫控制箱的兩根平行的空氣加熱管道，空氣加熱管道一端連接 有試驗(yàn)測(cè)量口，另一端通過(guò)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)與空氣壓縮機(jī)相連；液滴發(fā)生器的液滴出口設(shè) 置在實(shí)驗(yàn)測(cè)量口；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括相連的高速相機(jī)和計(jì)算機(jī)，其中高速相機(jī)正對(duì)實(shí) 驗(yàn)測(cè)量口進(jìn)行拍攝。
[0005] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述的空氣加熱管道外部為酚醛泡沫保溫材料，內(nèi)部為陶瓷保溫管， 管內(nèi)設(shè)有垂直結(jié)構(gòu)的陶瓷架，陶瓷架上纏繞有鎳鉻電熱絲。
[0006] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述的實(shí)驗(yàn)測(cè)量口與空氣加熱管道之間設(shè)有網(wǎng)狀整流裝置，便于穩(wěn) 定氣流。
[0007] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述的實(shí)驗(yàn)測(cè)量口為石英玻璃矩形管道，垂直于空氣加熱管道堅(jiān)直 放置。
[0008] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述的液滴發(fā)生器產(chǎn)生的液滴直徑范圍為0. 5mm?6_。
[0009] 本實(shí)用新型有益效果在于：
[0010] 1、為液滴二次破碎機(jī)理研究設(shè)計(jì)了一種新的測(cè)量裝置，相比于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本實(shí)用新型的流程示意圖。
[0012] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3為空氣加熱管內(nèi)部鎳鉻電熱絲布置圖。
[0014] 圖4為液滴的變形特性隨時(shí)間變化曲線。
[0015] 圖5為液滴瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化曲線。
[0016] 圖6為液滴瞬時(shí)加速度隨時(shí)間變化曲線。
[0017] 圖7為液滴變形各階段的曳力系數(shù)。
[0018] 圖8為不同直徑的液滴數(shù)目分布表。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及以航空煤油為測(cè)量對(duì)象的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 本實(shí)用新型提供的氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，如圖2所示，包括 冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和液滴發(fā)生器2,冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)包括連接有氣流 恒溫控制箱7的兩根平行的空氣加熱管道1，空氣加熱管道1 一端連接有試驗(yàn)測(cè)量口 3,另 一端通過(guò)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)5與空氣壓縮機(jī)6相連；液滴發(fā)生器2的液滴出口設(shè)置在實(shí)驗(yàn)測(cè) 量口 3 ;數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括相連的高速相機(jī)4和計(jì)算機(jī)8,其中高速相機(jī)4拍攝實(shí)驗(yàn)測(cè) 量口 3。
[0021] 冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)：氣源由最大排氣量5m3/min、最大排氣壓力0. 7Mpa的螺桿式 空氣壓縮機(jī)6提供；通過(guò)測(cè)量范圍為50 m3/h?300 m3/h的空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)5控制空氣流 量；為了既能減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所占空間又能夠滿足空氣加熱要求，冷態(tài)空氣加熱段被設(shè)計(jì)為 相同的、且互相平行的兩段圓形管道，并采用水平放置的方式，單個(gè)加熱管道長(zhǎng)800mm、外徑 100_，外部包有酚醛泡沫保溫材料、內(nèi)部裝有陶瓷保溫管，采用最大加熱溫度1200°C鎳鉻 電熱絲加熱方式(如圖3所示)，電熱絲加熱功率由氣流恒溫控制箱控制，壓氣機(jī)最大體積流 量下空氣的最大加熱溫度為300°C。
[0022] 液滴由可調(diào)液滴直徑大小的液滴發(fā)生器2提供，液滴直徑范圍為0. 5mm?6_，實(shí) 驗(yàn)測(cè)量口 3設(shè)計(jì)成橫截面為4cmX 4cm、側(cè)面裝有長(zhǎng)寬3cm、長(zhǎng)30cm矩形石英玻璃的矩形管 道，采用垂直于空氣加熱管道1的堅(jiān)直放置的方式，為了穩(wěn)定氣流，實(shí)驗(yàn)測(cè)量口 3與空氣加 熱系統(tǒng)之間裝有網(wǎng)狀整流裝置。
[0023] 液滴在氣流中的變形、破碎、運(yùn)動(dòng)過(guò)程由全幅狀態(tài)下最大幀數(shù)6000幀/秒的 IDT-Y5高速相機(jī)捕獲，捕獲的圖像數(shù)據(jù)按實(shí)驗(yàn)工況分類直接傳輸?shù)脚c相機(jī)相連的計(jì)算機(jī) 中；液滴實(shí)驗(yàn)圖像在經(jīng)過(guò)適當(dāng)剪裁后進(jìn)入軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行后繼的處理。
[0024] 本實(shí)用新型的測(cè)量方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0025] (1)、打開壓氣機(jī)，調(diào)節(jié)氣流流量，使氣流速度為11. 6m/s;
[0026] (2)、打開加熱段電源開關(guān)，將氣流溫度加熱并穩(wěn)定至100°C;
[0027] (3)、打開液滴發(fā)生器，在氣流中產(chǎn)生的液滴初始直徑為2mm;
[0028] (4)、打開高速相機(jī)捕獲液滴變形、破碎過(guò)程圖像數(shù)據(jù)；
[0029] (5)、將獲得液滴初始時(shí)刻的實(shí)驗(yàn)圖像導(dǎo)入自編數(shù)字圖像處理程序，對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn) 行灰度化處理，并對(duì)灰度化后的圖像進(jìn)行像素比例標(biāo)定，液滴直徑2mm對(duì)應(yīng)像素值為32,則 真實(shí)尺寸/像素值=2/32 ;
[0030] (6)、將液滴由球形變成扁球形的實(shí)驗(yàn)圖像按時(shí)間順序依次導(dǎo)入數(shù)字圖像處理程 序，并對(duì)每幅圖片進(jìn)行垂直氣流方向的液滴變形長(zhǎng)度像素取值，對(duì)導(dǎo)入程序的圖像進(jìn)行批 量處理，可以獲得如圖4所示液滴的變形特性隨時(shí)間變化曲線；
[0031] (7)、將液滴變形過(guò)程的圖片按時(shí)間順序依次導(dǎo)入到數(shù)字圖像處理程序中，依次對(duì) 液滴水平位移進(jìn)行像素長(zhǎng)度記錄，結(jié)合兩幅圖片之間的時(shí)間間隔，利用公式V= S/t計(jì)算 液滴瞬時(shí)速度，獲得液滴瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化曲線(如圖5所示);在獲得相鄰兩幅圖片液滴 的瞬時(shí)速度，利用公式 _

【權(quán)利要求】
1. 一種氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，其特征在于：包括冷態(tài)空氣加熱 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和液滴發(fā)生器（2)，冷態(tài)空氣加熱系統(tǒng)包括連接有氣流恒溫控制箱 (7)的兩根平行的空氣加熱管道（1 )，空氣加熱管道（1) 一端連接有試驗(yàn)測(cè)量口（3)，另一端 通過(guò)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)（5)與空氣壓縮機(jī)（6)相連；液滴發(fā)生器（2)的液滴出口設(shè)置在實(shí)驗(yàn)測(cè) 量口（3);數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括相連的高速相機(jī)（4)和計(jì)算機(jī)（8)，其中高速相機(jī)（4)正對(duì) 實(shí)驗(yàn)測(cè)量口（3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，其特征在于：所 述的空氣加熱管道（1)外部為酚醛泡沫保溫材料，內(nèi)部為陶瓷保溫管，管內(nèi)設(shè)有垂直結(jié)構(gòu)的 陶瓷架（9)，陶瓷架（9)上纏繞有鎳鉻電熱絲（10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，其特征在于：所 述的實(shí)驗(yàn)測(cè)量口（3)與空氣加熱管道（1)之間設(shè)有網(wǎng)狀整流裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，其特征在于：所 述的實(shí)驗(yàn)測(cè)量口（3)為石英玻璃矩形管道，垂直于空氣加熱管道（1)堅(jiān)直放置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流中單液滴變形、破碎過(guò)程特性測(cè)量裝置，其特征在于：所 述的液滴發(fā)生器（2)產(chǎn)生的液滴直徑范圍為0? 5mm?6mm。
【文檔編號(hào)】G01N15/14GK204203057SQ201420362283
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】金仁瀚, 劉勇, 朱冬清, 李鵬飛, 王鎖芳 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)