一种液滴发生器及液滴制造方法技术

本发明专利技术提供了一种液滴发生器及液滴制造方法，涉及液体微粒化及液滴制造技术领域。一种液滴发生器包括：液滴发生器主体，常亮点光源，光电探测器，电极板和脉冲高压电源，液滴发生器主体中包含接地的不锈钢毛细管且在其周围有密封的水浴槽，常亮点光源与不锈钢毛细管出口和光电探测器共线；电极板通过绝缘接杆固定在不锈钢毛细管出口两侧；脉冲高压电源可以通过光电探测器的外触发信号发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板，极性液滴在成长到固定尺寸时快速下落。本发明专利技术的液滴发生器及方法可适用于在极端环境条件下控制产生单个液滴。

Liquid drop generator and method for manufacturing liquid drop

The invention provides a liquid drop generator and a method for manufacturing a droplet, relating to the technical field of liquid particle and liquid drop manufacturing. Including a droplet generator: droplet generator main body, often bright point light source, photoelectric detector, electrode plate and high voltage pulse power supply, droplet generator main body includes stainless steel capillary grounding and water bath sealed in the surrounding, often bright point light with stainless steel capillary outlet and the photoelectric detector electrode plate through collinear; the connecting rod is fixed in the insulated stainless steel capillary outlet sides; pulse high voltage power supply voltage and instantaneous pulse can be issued simultaneously transmitted to the two electrode plate through the photoelectric detector trigger signal, the polarity of droplet growth in fixed size when dropping fast. The liquid drop generator and method of the present invention can be applied to control the production of a single droplet in extreme environmental conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种液滴发生器及液滴制造方法
本专利技术涉及液体微粒化及液滴制造
，具体涉及一种适用于极端环境的液滴发生器及其工作方法。
技术介绍
液体燃料喷雾的雾化及蒸发特性对例如喷涂、制药、粉末冶金、农药喷洒，特别是各种发动机(液体火箭发动机、冲压式发动机、内燃机、燃气轮机、航空发动机等)设备性能的影响至关重要。例如，对于高压直喷发动机来说，喷雾雾化后产生的小液滴在高温高压的环境条件下随高速旋流气流的运动、二次破碎、蒸发及与周围环境气体的混合特性直接决定了发动机的燃烧与排放性能，对其进行可视化的实验研究，对发动机燃烧系统的设计开发有非常重要的指导意义。随着科学技术不断发展，国内外最前沿相关探索也从对宏观喷雾特性的研究逐步向微观单个液滴特性，例如：运动、形变、二次破碎及蒸发等特性的研究转移。然而目前单液滴的可视化研究主要集中在高温常压环境中且周围环境气体处于层流状态，所以获得的数据往往无法直接运用在实际小型增压化的发动机燃烧系统(高温高压、湍流流场等复合极端环境套件)的开发过程中。开发适用于极端条件下的单液滴发生器难点在于：1.液滴发生器整体结构设计要能承受极端环境条件(e.g.高温高压条件、强湍流)；2.液体的物性在高温高压条件下会产生变化(e.g.接近燃料的超临界条件时温度压力微小的改变都会极大改变液体的表面张力)，所以导致在非极端条件下适用的装置及液滴产生方法并不适用；3.液滴的产生和下落过程会受到环境强湍流的影响而变得极不稳定，常规方法的动态响应能力不足。现有的液滴产生器，例如中国专利文献CN104028393A记载了一种液滴发生器及其工作方法，通过马达控制可伸缩凸轮，带动运动杆机构实现堵头开关的开闭，从而挤出产生单个液滴。该设备可以指定液滴的尺寸及初始液滴的温度和速度。然而该设备只能应用于常温常压条件，无法在高温高压环境条件下模拟产生的单个液滴，且采用普通马达控制凸轮的方式也无法在极端条件下实现快速响应，从而稳定产生单个液滴。再比如，中国专利文献CN1404993A记载了一种用于产生微小液滴的液滴发生器，该技术具有一些布置在外壳中的压电弯曲换能器组群，所述弯曲换能器在部件长度上相互间隔，通过壁厚彼此分开地横向设置在一些凹槽中，所述液滴发生器还具有在弯曲指下面的液体-纵向通道和带有喷嘴的液体腔室，在不允许有变形的腔室壁足够厚的情况下，可以保持一个高的液体流。此液滴发生器主要用于喷墨打印机喷头而无法在极端的环境条件下应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种可适用于极端环境条件下的液滴发生器及其液滴制造方法。本专利技术的液滴发生器及方法可以实现在不同极端环境条件(作为举例而非限制，比如高温高压条件、强湍流条件等)下控制产生单个液滴，可以用于研究极端环境条件下液滴的运动、形变、二次破碎及蒸发特性。以下为本专利技术具体的技术方案：一种液滴发生器，包括液滴发生器主体，常亮点光源，光电探测器，电极板和脉冲高压电源；所述液滴发生器主体包括接地的不锈钢毛细管，所述不锈钢毛细管周围设有密封的水浴槽，所述电极板通过绝缘接杆安装在不锈钢毛细管出口两侧；所述常亮点光源、不锈钢毛细管出口和光电探测器三者共线设置；所述脉冲高压电源与光电探测器连接；通过光电探测器的外触发信号触发脉冲高压电源发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板，使不锈钢毛细管出口处的极性液滴快速下落。具体设置时，作为优选，所述液滴发生器主体可以包括不锈钢毛细管、不锈钢压盖、不锈钢底座、不锈钢转接头、密封圈和密封垫片。所述不锈钢毛细管与所述压盖密封连接，所述压盖和底座通过密封圈和密封垫片密封并在不锈钢毛细管周围形成中空水槽，中空水槽通过孔外接循环水装置；所述转接头与压盖密封连接并与高压液源相通，不锈钢毛细管入口与转接头连通。高压液体通过不锈钢毛细管内流道在不锈钢毛细管底部出口处形成液滴；通过调节不锈钢毛细管内外径调节液滴初始大小，和/或通过调节高压液源压力调节液滴形成速度。所述的绝缘接杆，优选采用陶瓷等绝缘性能良好，能忍受极端环境条件且易加工的材料；所述的电极板，优选采用铜或不锈钢等导电性能良好的导体；而所述的脉冲高压电源输出电压大小可调。本专利技术还提供了一种液滴制造方法，包括如下步骤：1)将常亮点光源、液滴发生器主体中的不锈钢毛细管出口和光电探测器三者共线设置；2)不锈钢毛细管出口处形成液滴并增长，常亮点光源发出的光束被阻挡，无法全部透射达到光电探测器；3)光电探测器探测的光信号低于阈值，输出信号从高电平信号突变为低电平信号，将下降沿信号通过信号线传输至脉冲高压电源；4)脉冲高压电源接收到所述下降沿信号，给电极板释放脉冲高压电；5)液滴在均匀电场作用下表面张力降低，加速下落；6)液滴下落后，常亮点光源发出的光束重新直射到光电探测器上，光电探测器输出信号重回高电平信号，进入下一个循环。所述不锈钢毛细管接地设置，其上部周围设有水浴槽，水浴槽外接循环水装置，通过外接循环水装置调节液滴发生器主体的温度，并通过后续温度标定控制液滴温度。所述不锈钢毛细管的入口与高压液源相连，高压液体通过不锈钢毛细管内流道在不锈钢毛细管底部出口处形成液滴，产生液滴尺寸范围为300μm～10mm；通过水浴循环和后续标定获得理想初始温度的液滴，调节温度范围为-20℃～200℃。所述的脉冲高压电源在接收到所述下降沿信号后，在100μs内输出千伏级高压并传递给两块电极板。本专利技术相对于现有技术，可以具有如下有益效果：本专利技术中液滴发生器可以通过改变不锈钢毛细管的内外径在指定的高温高压或强湍流等极端环境条件中产生初始大小及下落运动规律、液滴温度可控的单个液滴。结合先进的光学诊断技术，可用于研究一系列工况条件下液滴运动、形变、二次破碎及蒸发特性，由此首次实现极端环境条件下单个液滴的可控制造与特性研究，研究工况及液滴尺寸具有普适性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的液滴发生器的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的液滴发生器主体与电极板的装配截面示意图。图3a至3c为本专利技术实施例提供的液滴发生器的工作示意图，其中，图3a为悬挂液滴尚未形成时的工作示意图；图3b为悬挂液滴形成时的工作示意图；图3c是液滴离开液滴发生器时的工作示意图。图4a至4b为本专利技术实施例提供的液滴发生器用于光学测试研究系统示意图，其中，图4a为背光高速成像测试研究系统示意图；图4b为平面激光诱导荧光测试研究系统示意图。附图标记说明：1-液滴发生器主体；1a-不锈钢毛细管；1b-不锈钢压盖；1c-不锈钢底座；1d-不锈钢转接头；1e-水槽；1f-密封圈；1g，1h-密封垫片；1i-螺纹孔；2-常亮点光源；3-光电探测器；4-绝缘接杆；5-电极板；6-脉冲高压电源；7-液滴；8a-背光光源；8b-高速相机；9a-激光器；9b-透镜组；9c-ICCD相机。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提供的液滴发生器及液滴制造方法作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定专利技术可实施的限定条件，任何结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液滴发生器，其特征在于：所述液滴发生器包括液滴发生器主体(1)，常亮点光源(2)，光电探测器(3)，电极板(5)和脉冲高压电源(6)；所述液滴发生器主体(1)包括接地的不锈钢毛细管，所述不锈钢毛细管周围设有密封的水浴槽，所述电极板(5)通过绝缘接杆(4)安装在不锈钢毛细管出口两侧；所述常亮点光源(2)、不锈钢毛细管出口和光电探测器(3)三者共线设置；所述脉冲高压电源(6)与光电探测器(3)连接；通过光电探测器(3)的外触发信号触发脉冲高压电源(6)发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板(5)，使不锈钢毛细管出口处的极性液滴下落。

【技术特征摘要】
1.一种液滴发生器，其特征在于：所述液滴发生器包括液滴发生器主体(1)，常亮点光源(2)，光电探测器(3)，电极板(5)和脉冲高压电源(6)；所述液滴发生器主体(1)包括接地的不锈钢毛细管，所述不锈钢毛细管周围设有密封的水浴槽，所述电极板(5)通过绝缘接杆(4)安装在不锈钢毛细管出口两侧；所述常亮点光源(2)、不锈钢毛细管出口和光电探测器(3)三者共线设置；所述脉冲高压电源(6)与光电探测器(3)连接；通过光电探测器(3)的外触发信号触发脉冲高压电源(6)发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板(5)，使不锈钢毛细管出口处的极性液滴下落。2.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述液滴发生器主体(1)还包括压盖、底座、转接头、密封圈和密封垫片，前述不锈钢毛细管与所述压盖密封连接，所述压盖和底座通过密封圈和密封垫片密封并在不锈钢毛细管周围形成中空水槽，中空水槽通过孔外接循环水装置；所述转接头与压盖密封连接并与高压液源相通，不锈钢毛细管入口与转接头连通。3.根据权利要求2所述的液滴发生器，其特征在于：高压液体通过不锈钢毛细管内流道在不锈钢毛细管底部出口处形成液滴；通过调节不锈钢毛细管内外径调节液滴初始大小，和/或通过调节高压液源压力调节液滴形成速度。4.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述常亮点光源(2)和光电探测器(3)的位置可上下调节。5.根据权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于：所述绝缘接杆(4)采用陶瓷材料制作。6.根据权利要求1所述的液滴发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世琰，齐飞，王轶尊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31