一种单气泡发生装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于仪器、仪表技术领域，具体涉及一种单气泡发生装置。
【背景技术】
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[0002]随着科学技术的发展，越来越多的科学实验研宄和两相流仪器仪表(如非接触式气泡检测传感器)标定需要相关系统和装置能够为毫米级管道连续提供形态相似且直径略小于管道尺寸的单串球形气泡流。
[0003]中国发明专利申请200810167133.2公开了一种微小气泡发生装置，可以用来大量且高效地产生直径均等的微小气泡的。在该装置中，汇集在负压气体轴的气体通过由外部液体和高速旋转的液体形成的缝隙时，被切断形成微小气泡，且与液体一同被大量吐出。
[0004]中国发明专利申请200910042161.6公开了一种微气泡生成装置，该装置利用T型三通的相分配功能并调节压力的变化将分配得到的分散相变成微米级的气泡流。
[0005]现有的气泡发生装置大多只能用来产生微米级的气泡，气泡位置分布不均匀，容易聚集，气泡大小远小于管道尺寸，且同一横截面上存在大量气泡。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的在于提供一种单气泡发生装置，以能为毫米级管道连续提供形态相似且直径略小于管道尺寸的毫米级球形气泡。该装置能够为气液两相流实验提供2.0-3.8mm的球形气泡，以能满足多用应用和研宄领域对毫米级气泡的需要，如球形气泡在毛细管道中的形态变化以及气泡检测传感器的标定。
[0007]为达到上述目的，本发明通过如下的技术方案予以实现:
[0008]一种单气泡发生装置，包括液相供给系统、气相供给系统、混相器和导出管；其中，液相供给系统包括液相输送泵、第一阀门、第二阀门及液相流量计，气相供给系统包括压缩气体钢瓶和气体质量流量控制器；液相输送泵的出口分为两路，一路上的管道上设有第一阀门，另一路的管道上通过第二阀门连接液相流量计的入口，液相流量计的出口连接混相器的液相入口 ；压缩气体钢瓶的出口连接气体质量流量控制器的入口，气体质量流量控制器的出口连接混相器的气相入口，混相器的出口连接导出管的入口。
[0009]本发明进一步的改进在于:混相器包括从左至右依次设置的液相输入端、液相/气相输送通道、喷嘴和气泡输出端以及设置在液相/气相输送通道周向上的气相输入端；液相流量计的出口连接液相输入端的入口，气体质量流量控制器的出口连接气相输入端的入口。
[0010]本发明进一步的改进在于:液相/气相输送通道的中心开设有气相通道，气相通道的周向开设有6个均匀布置的液相通道。
[0011]本发明进一步的改进在于:气相通道和6个液相通道的截面均为圆形。
[0012]本发明进一步的改进在于:混相器的材质为不锈钢。
[0013]本发明进一步的改进在于:喷嘴的出口处设置有不锈钢毛细管。
[0014]本发明进一步的改进在于:所述不锈钢毛细管直径范围为0.2-1.5_。
[0015]本发明进一步的改进在于:液相输送泵能够代替为计量泵或注射泵代替。
[0016]本发明进一步的改进在于:压缩气体钢瓶能够代替为注射泵。
[0017]本发明进一步的改进在于:导出管为外径10mm、内径4mm的有机玻璃管。
[0018]相比于现有技术，本发明的优点和有益效果为:
[0019]I)本发明提供了一种可为毫米级管道连续提供形态相似且直径略小于管道尺寸的形气泡的发生装置；该装置利用特制混相器使得气相从喷嘴喷出后在液相的剪切作用下形成单个气泡，且气泡大小可通过控制喷嘴大小和液相/气相流量进行调节，从而有效解决某些领域对单串球形气泡流的需求，具有广阔的市场前景；
[0020]2)进一步地，本发明提供的特制混相器主要由在圆柱上加工相关孔道结构而成，因而具有结构简单、安装方便等特点。
【附图说明】
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[0021]图1为单气泡发生装置系统图。
[0022]图2为混相器三维立体示意图。
[0023]图3为混相器液相/气相输入端的结构示意图，其中，图3(a)为俯视图，图3 (b)为图3(a)的A-A向剖视图。
[0024]图4为混相器的液相/气相输送通道(含气相输入端)的结构示意图，其中，图4(a)为俯视图，图4(b)为图4(a)的A-A向剖视图。
[0025]图5为混相器的喷嘴的结构示意图，其中，图5(a)为俯视图，图5 (b)为图5(a)的A-A向尚]视图。
[0026]图6为不同折算液速和气速下气泡在某个时刻的分布和大小图。
【具体实施方式】
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[0027]下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。需要说明的是，【具体实施方式】及相关说明只是进一步阐释本发明的技术特征，而不限定本发明要求保护的范围。
[0028]如图1所示，本发明一种单气泡发生装置，包括液相供给系统、气相供给系统、混相器7和导出管8 ;其中，液相供给系统包括液相输送泵1、第一阀门2、第二阀门3及液相流量计4，气相供给系统包括压缩气体钢瓶5和气体质量流量控制器6 ;液相输送泵I的出口分为两路，一路上的管道上设有第一阀门2，另一路的管道上通过第二阀门3连接液相流量计4的入口，液相流量计4的出口连接混相器7的液相入口 ；压缩气体钢瓶5的出口连接气体质量流量控制器6的入口，气体质量流量控制器6的出口连接混相器7的气相入口，混相器7的出口连接导出管8的入口。
[0029]本发明一种单气泡发生装置的主相为液体，分相为气体，且要求两者不发生化学反应。液相输送泵I输出的液相经过第一阀门2分流后，部分通过第二阀门3并经液相流量计4计量后进入混相器7。通过控制第一阀门2和第二阀门3的开度可以获得所需的液相流量。压缩气体钢瓶5输出的气相经气体质量流量控制器6计量控制后进入混相器7。混相器7产生的气泡通过导出管8送入相应的使用装置。导出管8为外径10_、内径4_的有机玻璃管。
[0030]如图2所示，作为关键部件的混相器7可通过数控机床分为五个部分进行加工:液相输入端9、气相输入端10、液相/气相输送通道11、喷嘴12及气泡输出端13，且液相输入端9、液相/气相输送通道11、喷嘴12和气泡输出端13从左至右依次设置，气相输入端10设置在液相/气相输送通道11周向上。液相输入端9和气泡输出端13结构相同。混相器7的各部件间可采用焊接方式同轴固定在一起。如图3所示，液相输入端9/气相输入端10一端孔内径为10mm，以和液相供给系统/气相供给系统连接，另一端孔内径为20mm，以和气相/液相输送通道11相连接。如图4所示，气相/液相输送通道11侧面加工有气相通道，以和气相输入端10相连；轴线处也加工有气相通道，内径为4mm，外侧为10mm，可和喷嘴12相连。如图4所示，在沿轴向方向的气相通道周围，沿周向均匀布置6个液相通道。如图5所示，喷嘴12的底座直径为10_，可与气相/液相输送通道11相连，不锈钢毛细管可与加工有微小通孔的底座通过焊接方式固定在一起。
[0031]液相供给系统和气相供给系统分别和混相器7的液相输入端9和气相输入端10相连。气相从混相器7的喷嘴12喷出后，在周围液相的剪切作用下，形成被液相均匀间隔开的单串球形气泡流。混相器7的气泡输出端13和导出管8连接。
[0032]图6为不同工况下某个时刻气泡在导出管8内的位置分布和大小。实施条件:I)液相为常温常压去离子水，气相为氮气；2)液相输送泵I采用南方泵业公司的离心泵，液相流量计4采用YOKOGAWA公司的质量流量计，气体质量流量控制器6采用ALICATScientific公司的气体质量流量控制器；3)喷嘴12的不锈钢毛细管直径为0.8mm ；4)导出管8为外径10_，内径4_的有机玻璃管，装置末端为大气压环境。导出管8中的气泡采用Olympus公司的高速摄像机拍摄，并采用相应的后处理软件测量出气泡直径D，结果如图6所示。从图6可以看出，所得毫米级气泡形态相似，在管内分布均匀，且随着液相流量增加，气泡直径减小。
[0033]经氮气和去离子水的实验，表明本发明提供的装置可为毫米级管道连续提供形态相似且直径略小于管道尺寸的单串球形气泡流。同时，本发明提供的装置的关键部分是特制混相器，但其结构简单、加工容易。其余的泵、阀门、流量计等均有相关的标准件可用。
【主权项】
1.一种单气泡发生装置，其特征在于:包括液相供给系统、气相供给系统、混相器(7)和导出管⑶；其中，液相供给系统包括液相输送泵(I)、第一阀门(2)、第二阀门(3)及液相流量计(4)，气相供给系统包括压缩气体钢瓶(5)和气体质量流量控制器￠);液相输送泵(I)的出口分为两路，一路上的管道上设有第一阀门(2)，另一路的管道上通过第二阀门(3)连接液相流量计⑷的入口，液相流量计⑷的出口连接混相器(7)的液相入口 ；压缩气体钢瓶(5)的出口连接气体质量流量控制器￠)的入口，气体质量流量控制器￠)的出口连接混相器⑵的气相入口，混相器(7)的出口连接导出管⑶的入口。
2.根据权利要求1所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:混相器(7)包括从左至右依次设置的液相输入端(9)、液相/气相输送通道(11)、喷嘴(12)和气泡输出端(13)以及设置在液相/气相输送通道(11)周向上的气相输入端(10);液相流量计(4)的出口连接液相输入端(9)的入口，气体质量流量控制器(6)的出口连接气相输入端(10)的入口。
3.根据权利要求2所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:液相/气相输送通道(11)的中心开设有气相通道，气相通道的周向开设有6个均匀布置的液相通道。
4.根据权利要求3所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:气相通道和6个液相通道的截面均为圆形。
5.根据权利要求2所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:混相器(7)的材质为不锈钢。
6.根据权利要求2所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:喷嘴(12)的出口处设置有不锈钢毛细管。
7.根据权利要求6所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:所述不锈钢毛细管直径范围为 0.2-1.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:液相输送泵(I)能够代替为计量泵或注射泵代替。
9.根据权利要求1所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:压缩气体钢瓶(5)能够代替为注射泵。
10.根据权利要求1所述的一种单气泡发生装置，其特征在于:导出管(8)为外径10mm、内径4mm的有机玻璃管。
【专利摘要】本发明公开了一种单气泡发生装置，属于仪器、仪表领域，适用于科学实验研究和两相流仪器仪表标定。发明包括：液相供给系统(液相输送泵、阀门、液相流量计)、气相供给系统(钢瓶、气体质量流量控制器)、混相器和导出管。其中，混相器为关键部件，由液相输入端、气相输入端、液相/气相输送通道、喷嘴和气泡输出端组成。液相供给系统和气相供给系统分别和混相器的液相输入端和气相输入端相连。喷嘴核心部件为不锈钢毛细管。混相器的气泡输出端和导出管相连。发明可为毫米级管道连续提供形态相似且直径略小于管道尺寸的球形气泡，具有结构简单、安装方便等特点。发明可作为气液两相流的相份额测量设备的标定元件，具有重要的市场经济前景。
【IPC分类】B01F3-04, B01F15-04, B01F5-04
【公开号】CN104548981
【申请号】CN201510036037
【发明人】王跃社, 南文光
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日