一种流动液膜发生装置及其使用方法与流程

文档序号:11107768阅读:675来源:国知局
一种流动液膜发生装置及其使用方法与制造工艺

本发明涉及一种流动液膜发生装置及其使用方法。



背景技术:

液膜是悬浮在液体中的一层极薄的膜,这层膜是分隔液—液(气—气、气—液)两相的中介相,它是两相之间进行物质传递的“桥梁”。液膜流动广泛存在于自然界中,液膜传热冷却作为一种高效传热传质技术被应用于很多领域,例如,喷雾冷却、热喷涂等。

液滴撞击固体壁面和附着在固体表面的液膜是工业中常见的现象,液滴碰撞流动液膜产生飞溅液滴的情况广泛存在于喷淋冷却、喷墨打印等技术领域中。对液滴撞击液膜的研究主要集中于对液滴撞击平面液膜的研究,流动液膜的厚度、流速以及液膜倾斜角对液滴碰撞问题具有重要的影响。

目前,已有的液膜发生装置结构较为复杂,液膜产生方法及原理不尽相同。较为广泛使用的是采用溢流方法产生厚度可调的流动液膜,但溢流法产生的液膜存在厚度控制不精确,液膜流速、倾斜角不可调,且不能同时改变液膜多个参数等缺点。

因此,为了更深入的研究液膜属性及各个参数对液滴碰撞的影响,需要设计一种可根据实验需要产生液膜厚度、倾斜角以及液膜流速可调的装置。应用于液滴连续撞击流动液膜的研究,改变影响液膜的多个参数,分析流动液膜在不同参数下的动态变化特性。



技术实现要素:

本发明目的在于:液滴碰撞液膜产生一系列的自由液面动力学运动,为了探索液滴碰撞液膜产生飞溅液滴的情况,研究液膜厚度、液膜流速、液膜倾斜度等液膜不同参数对液滴碰撞表面产生不同碰撞特性时的主要影响因素。本发明提供了一种流动液膜发生装置及其使用方法,可产生不同液体属性、不同厚度、不同流速、不同倾斜角的液膜。

为实现上述目的,本发明通过如下技术方案来实现:

一种流动液膜发生装置,所述装置包括液膜生成装置、液膜检测装置、液膜运动调节装置,所述三个装置都有各自的处理控制模块,分别为液膜生成装置处理控制模块、液膜检测装置处理控制模块以及液膜运动调节装置处理控制模块,分别接受来自PC端的中央处理器指令并将相关信号反馈给中央处理器,结果显示在显示器上;在PC端输入液膜的相关目标参数后,该参数包括液膜厚度、液膜流动速度、液膜与水平面的夹角,中央处理器通过各个装置的处理控制模块调节相关设备的动作,共同生成指定参数的液膜:

所述液膜运动调节装置包括设备平台、液膜槽、滑槽、限位块、齿轮箱、齿条、连接立柱、微型变频调速电机、液压升降台、底板、液膜运动调节装置处理控制模块,所述液膜运动调节装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节微型变频调速电机的速度以及液压升降台的运动与偏转,所述微型变频调速电机接受液膜运动调节装置处理控制模块的信号,所述微型变频调速电机的传动轴与齿轮箱连接,所述设备平台为U型凹槽状,分左右两侧,右侧设备平台设有凹槽,用以安装液膜检测装置,所述设备平台的凹槽内的两臂上对称设置两根齿条,所述齿条与齿轮箱里两边的齿轮相啮合,所述连接立柱上端与液膜槽焊接在一起,下端与齿轮箱焊接在一起;所述液膜槽底部设置四个滚轮,滚轮卡入设置在U型凹槽内两臂的滑槽内,所述滑槽的各个端点处均设置限位块,所述设备平台底部设置液压升降台,所述液压升降台底部设置底板,用来支撑、固定、载重液压升降台;

所述液膜生成装置包括水源供给系统、水量控制系统、液膜生成系统以及液膜生成装置处理控制模块;所述水源供给系统包括下水箱、溢流管、泵、净化器一、排气阀一以及上水箱;所述泵提供动力将下水箱中的液体介质经过净化器一净化后注入到上水箱中,溢流管安装在上水箱的上部,排气阀一设置在上水箱的上端面;所述水量控制系统包括电磁阀、流量计、净化器二以及微型定量蠕动泵;所述水量控制系统通过电磁阀控制上水箱中的出水,液体介质经过净化器二净化后通过流量计,所述微型定量蠕动泵控制液体介质进入到液膜生成系统中,所述液膜生成系统包括缓冲箱、液膜刷、刮刀以及支架,液膜刷连接在缓冲箱底部,与缓冲箱同宽,刮刀由硬质疏水塑料制成,与缓冲箱同宽并与其连接在一起,所述微型定量蠕动泵连接缓冲箱,缓冲箱中液体的体积,采用等体积法将液体经液膜刷以恒定流量均匀平铺到液膜槽内;所述支架焊接在设备平台上,用以支撑和实现刮刀和液膜刷在支架()上往复垂直运动,所述液膜生成装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节泵、电磁阀、支架以及微型定量蠕动泵的动作;

所述液膜检测装置包括步进电机、丝杠、光杠、丝杠支撑座、滑台、双目摄像仪、液膜检测装置处理控制模块,所述液膜检测装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节步进电机的旋转以及双目摄像仪的动作,所述步进电机固定安装在设备平台的凹槽内,接受液膜检测装置处理控制模块的脉冲信号,所述丝杠上有螺纹,为步进电机的传动轴,丝杠以螺纹连接的方式穿过滑台,提供滑台运动的扭矩,所述光杠穿过并支撑滑台,同时穿过两端布置的丝杠支撑座,双目摄像仪固定在滑台上,随滑台沿丝杠做水平运动。

上述齿轮箱具有二级齿轮传动,包括一级主动直齿轮、两个从动齿轮以及二级齿轮,所述齿轮均为直齿轮,所述齿轮箱下面焊接有四方壳体,用于固定放置微型变频调速电机,齿轮箱中齿轮的轴与微型变频调速电机输出轴链接在一起,其中一级主动直齿轮带动左右两个从动齿轮,实现一级传动;同轴的二级齿轮伸出齿轮箱外置,与设备平台的齿条啮合,实现二级传动,带动液膜装置水平运动。

上述液膜刷连接在缓冲箱底部,与缓冲箱同宽,液膜刷的材料为软性橡胶,中间密集布置了软毛细管,软毛细管由纯聚氨酯制成,为单排布置、双排布置或多排布置。

上述刮刀由硬质疏水塑料制成,与缓冲箱同宽并与其连接在一起,刮刀上端与缓冲箱上端齐平,刮刀刀口与液膜刷最下端齐平,刮刀在液膜槽移动运动中将形成的液膜刮平,保证生成的液膜厚度均匀。

上述缓冲箱形状为倒三角,由透明有机玻璃制成,上端面设有排气阀,用于系统启动时排尽系统中的空气,缓冲箱的宽度与液膜生成的宽度相同。

上述双目摄像仪包括两个高速摄像头,氙灯,灯光扩散板。

一种流动液膜发生装置使用方法利用上述的系统,包括以下步骤:

a、装置开始使用前,开启泵从下水箱注水到上水箱中,打开排气阀一排尽装置内的空气,保证整个液膜生成装置在运行中注满水;

b、在PC端输入液膜的目标高度值以及与水平面的目标夹角,中央处理器将信号输出至液膜运动调节装置中的液膜运动调节装置处理控制模块,使其控制液压升降台的动作以及偏转角度;

c、在PC端输入液膜厚度目标值,中央处理器采用等体积法计算后将体积信号输出至液膜生成装置中的液膜生成装置处理控制模块,液膜生成装置处理控制模块打开电磁阀、调节液膜刷及刮刀在支架上移动到液膜厚度目标刻度位置、启动微型定量蠕动泵,并将结果反馈给中央处理器;

d、液膜运动调节装置中的运动调节处理控制模块接受中央处理器的信号,启动微型变频调速电机,液膜槽在起始位置开始恒速v运动,同时微型定量蠕动泵根据脉冲信号控制液体介质以恒定流量在液膜槽中平铺,流量计算公式如下:

q=vd,单位为m³/s ,d为液膜厚度输入值,

刮刀在液膜槽移动过程中将形成的液膜刮平;

e、人工肉眼读取液膜槽四个内壁面上的刻度读数,再求其平均值,即为形成的液膜厚度;

f、液膜检测装置中的液膜检测装置处理控制模块接受中央处理器的信号,启动步进电机,移动滑台到液膜检测区中心线位置,开启双目摄像仪中的摄像头以及氙灯,采集形成的液膜图像并输出至PC端的中央处理器;

g、中央处理器对图像处理分析,提取液膜特征,确定液膜水平面上等间距的四点高度坐标值,平均后即为所测液膜高度;

h、若双目摄像仪测量的液膜厚度没有达到目标值,则重新向液膜槽注水;根据液膜厚度目标值与测量值之间的差值,中央处理器利用等体积法计算出所需的再次注水体积,液膜生成装置中的液膜生成装置处理控制模块根据中央处理器输出信号,控制微型定量蠕动泵再次向液膜槽注水,待液膜运动到液膜检测区,利用光电式测量方式和机械式测量方式再次检测液膜厚度,得到液膜厚度测量值,与PC端输入目标值比较,反复操作,直至液膜厚度相对误差≤0.1%,即为合格液膜;

i、在PC端输入液膜流动速度目标值,中央处理器根据齿轮箱的传动比,得出目标速度值下的电机频率,将此信号输出至液膜运动调节装置中的液膜运动调节装置处理控制模块,以该频率再次启动微型变频调速电机,齿轮箱转动带动齿轮啮合齿条,液膜槽以目标速度恒速移动,液膜即具有相同的流动速度。

附图说明

图1 是流动液膜发生装置整体结构示意图;

图2是液膜生成装置系统图;

图3是缓冲箱、液膜刷、刮刀结构示意图;

图4是液膜刷结构局部放大图

图5是液膜运动调节装置结构示意图;

图6是液膜槽结构示意图;

图7齿轮箱结构示意图;

图8是液膜检测装置结构示意图;

图9是图8的A向视图;

图10是直线导轨滑台结构示意图;

图11是液压升降台结构示意图;

图12是液膜检测装置工作流程图;

图13是流动液膜发生装置控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、图11所示,一种流动液膜发生装置,装置包括液膜生成装置1、液膜检测装置2、液膜运动调节装置3,三个装置都有各自的处理控制模块,分别为液膜生成装置处理控制模块、液膜检测装置处理控制模块以及液膜运动调节装置处理控制模块,分别接受来自PC端的中央处理器指令并将相关信号反馈给中央处理器,结果显示在显示器上;在PC端输入液膜的相关目标参数后,该参数包括液膜厚度、液膜流动速度、液膜与水平面的夹角,中央处理器通过各个装置的处理控制模块调节相关设备的动作,共同生成指定参数的液膜:

如图5所示,液膜运动调节装置包括设备平台3-1、液膜槽3-2、滑槽3-3、限位块3-4、齿轮箱3-5、齿条3-6、连接立柱3-7、微型变频调速电机3-8、液压升降台3-10、底板3-11、液膜运动调节装置处理控制模块,液膜运动调节装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节微型变频调速电机3-8的速度以及液压升降台3-10的运动与偏转,微型变频调速电机3-8接受液膜运动调节装置处理控制模块的信号,微型变频调速电机3-8的传动轴与齿轮箱3-5连接,设备平台3-1为U型凹槽状,分左右两侧,右侧设备平台设有凹槽,用以安装液膜检测装置2,设备平台3-1的凹槽内的两臂上对称设置两根齿条3-6,齿条3-6与齿轮箱3-5里两边的齿轮相啮合,连接立柱3-7上端与液膜槽3-2焊接在一起,下端与齿轮箱3-5焊接在一起;如图6所示,液膜槽3-2底部设置四个滚轮3-2-1,滚轮3-2-1卡入设置在U型凹槽内两臂的滑槽3-3内,滑槽3-3的各个端点处均设置限位块3-4,设备平台3-1底部设置液压升降台3-10,液压升降台3-10底部设置底板3-11,用来支撑、固定、载重液压升降台;

如图2所示,液膜生成装置1包括水源供给系统、水量控制系统、液膜生成系统以及液膜生成装置处理控制模块;水源供给系统包括下水箱1-1、溢流管1-2、泵1-3、净化器一1-4-1、排气阀一1-5-1以及上水箱1-6;泵1-3提供动力将下水箱1-1中的液体介质经过净化器一1-4-1净化后注入到上水箱1-6中,溢流管1-2安装在上水箱1-6的上部,排气阀一1-5-1设置在上水箱1-6的上端面;水量控制系统包括电磁阀1-7、流量计1-8、净化器二1-4-2以及微型定量蠕动泵1-9;水量控制系统通过电磁阀1-7控制上水箱1-6中的出水,液体介质经过净化器二1-4-2净化后通过流量计1-8,微型定量蠕动泵1-9控制液体介质进入到液膜生成系统中,液膜生成系统包括缓冲箱1-10、液膜刷1-11、刮刀1-12以及支架1-14,液膜刷1-11连接在缓冲箱1-10底部,与缓冲箱同宽,刮刀1-12由硬质疏水塑料制成,与缓冲箱1-10同宽并与其连接在一起,微型定量蠕动泵1-9连接缓冲箱1-10,缓冲箱1-10中液体的体积,采用等体积法将液体经液膜刷1-11以恒定流量均匀平铺到液膜槽内3-2;支架1-14焊接在设备平台3-1上,用以支撑和实现刮刀1-12和液膜刷1-11在支架(1-14)上往复垂直运动,液膜生成装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节泵1-3、电磁阀、支架1-14以及微型定量蠕动泵1-9的动作;

如图10所示,液膜检测装置包括步进电机2-1、丝杠2-2、光杠2-3、丝杠支撑座2-4、滑台2-5、双目摄像仪2-6、液膜检测装置处理控制模块,液膜检测装置处理控制模块接受中央处理器的指令启动和调节步进电机2-1的旋转以及双目摄像仪2-6的动作,步进电机2-1固定安装在设备平台3-1的凹槽内,接受液膜检测装置处理控制模块的脉冲信号,丝杠2-2上有螺纹,为步进电机2-1的传动轴,丝杠2-2以螺纹连接的方式穿过滑台2-5,提供滑台2-5运动的扭矩,光杠2-3穿过并支撑滑台2-5,同时穿过两端布置的丝杠支撑座2-4,双目摄像仪2-6固定在滑台2-5上,随滑台2-5沿丝杠2-2做水平运动。

如图7所示,齿轮箱3-5具有二级齿轮传动,包括一级主动直齿轮3-5-1、两个从动齿轮3-5-2以及二级齿轮3-5-3,齿轮均为直齿轮,齿轮箱3-5下面焊接有四方壳体3-9,用于固定放置微型变频调速电机3-8,齿轮箱3-5中齿轮的轴与微型变频调速电机3-8输出轴链接在一起,其中一级主动直齿轮3-5-1带动左右两个从动齿轮3-5-2,实现一级传动;同轴的二级齿轮3-5-3伸出齿轮箱外置,与设备平台的齿条3-6啮合,实现二级传动,带动液膜装置水平运动。

如图3、4所示,液膜刷1-11连接在缓冲箱1-10底部,与缓冲箱同宽,液膜刷的材料为软性橡胶,中间密集布置了软毛细管1-13,软毛细管1-13由纯聚氨酯制成,为单排布置、双排布置或多排布置。刮刀1-12由硬质疏水塑料制成,与缓冲箱同宽并与其连接在一起,刮刀上端与缓冲箱上端齐平,刮刀刀口与液膜刷最下端齐平,刮刀在液膜槽移动运动中将形成的液膜刮平,保证生成的液膜厚度均匀。缓冲箱1-10形状为倒三角,由透明有机玻璃制成,上端面设有排气阀1-5-2,用于系统启动时排尽系统中的空气,缓冲箱的宽度与液膜生成的宽度相同。

如图8、9所示,双目摄像仪2-6包括两个高速摄像头2-6-1,氙灯2-6-2,灯光扩散板2-6-3。

如图12、图13所示,一种流动液膜发生装置使用方法,利用上述的系统,包括以下步骤:

a、装置开始使用前,开启泵1-3从下水箱1-1注水到上水箱1-6中,打开排气阀一1-5-1排尽装置内的空气,保证整个液膜生成装置在运行中注满水;

b、在PC端输入液膜的目标高度值以及与水平面的目标夹角,中央处理器将信号输出至液膜运动调节装置3中的液膜运动调节装置处理控制模块,使其控制液压升降台3-10的动作以及偏转角度;

c、在PC端输入液膜厚度目标值,中央处理器采用等体积法计算后将体积信号输出至液膜生成装置1中的液膜生成装置处理控制模块,液膜生成装置处理控制模块打开电磁阀1-7、调节液膜刷1-11及刮刀1-12在支架1-14上移动到液膜厚度目标刻度位置、启动微型定量蠕动泵1-9,并将结果反馈给中央处理器;

d、液膜运动调节装置3中的运动调节处理控制模块接受中央处理器的信号,启动微型变频调速电机3-8,液膜槽3-2在起始位置开始恒速v运动,同时微型定量蠕动泵1-9根据脉冲信号控制液体介质以恒定流量在液膜槽中平铺,流量计算公式如下:

q=2vd,单位为m³/s ,d为液膜厚度输入值,

刮刀在液膜槽移动过程中将形成的液膜刮平;

e、人工肉眼读取液膜槽3-2四个内壁面上的刻度读数,再求其平均值,即为形成的液膜厚度;

f、液膜检测装置2中的液膜检测装置处理控制模块接受中央处理器的信号,启动步进电机2-1,移动滑台2-5到液膜检测区中心线位置,开启双目摄像仪2-6中的摄像头2-6-1以及氙灯2-6-2,采集形成的液膜图像并输出至PC端的中央处理器;

g、中央处理器对图像处理分析,提取液膜特征,确定液膜水平面上等间距的四点高度坐标值,平均后即为所测液膜高度;

h、若双目摄像仪2-6测量的液膜厚度没有达到目标值,则重新向液膜槽注水;根据液膜厚度目标值与测量值之间的差值,中央处理器利用等体积法计算出所需的再次注水体积,液膜生成装置1中的液膜生成装置处理控制模块根据中央处理器输出信号,控制微型定量蠕动泵1-9再次向液膜槽注水,待液膜运动到液膜检测区,利用光电式测量方式和机械式测量方式再次检测液膜厚度,得到液膜厚度测量值,与PC端输入目标值比较,反复操作,直至液膜厚度相对误差≤0.1%,即为合格液膜;

i、在PC端输入液膜流动速度目标值,中央处理器根据齿轮箱的传动比,得出目标速度值下的电机频率,将此信号输出至液膜运动调节装置3中的液膜运动调节装置处理控制模块,以该频率再次启动微型变频调速电机3-8,齿轮箱3-5转动带动齿轮啮合齿条,液膜槽3-2以目标速度恒速移动,液膜即具有相同的流动速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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