用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法，该实验装置包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程；该实验方法操作方便，由于实验装置中可控变量多，利用该实验方法便于综合研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴碰壁破碎的影响。

An experimental device and method for studying the breaking law of a vibrating plate impacted by droplets

The invention discloses an experimental device and method for studying the law of plate breakage caused by droplet impact vibration. The experimental device includes: droplet generation system, height adjustment system, plate vibration system and visualization system; plate vibration system is used to make the plate vibrate according to the set vibration frequency and amplitude, and droplet generation system is positioned directly above the plate vibration system, and is used to generate liquid. Droplet impact plate; height adjustment system is used to adjust the height of the droplet generation system so that the droplet generation system is located above the plate vibration system; the plate and the visualization system are at the same horizontal line, and the visualization system is used to observe and photograph the breakup process of droplet impact plate in real time; the experimental method is easy to operate, because there are many controllable variables in the experimental device, and the use of this method. The experimental method is convenient for studying the effects of droplet impact velocity, droplet size and vibration amplitude and frequency of plate vibration on droplet impact wall breakage.

【技术实现步骤摘要】
用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法
本专利技术涉及液滴碰壁领域，具体涉及一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法。
技术介绍
内燃机作为主要的移动式动力装置，广泛应用于农业、工业、交通运输业和国防建设等领域。但是，内燃机行业的飞速发展也带来了日益严重的能源短缺和环境污染等问题，为了进一步提高内燃机的工作效率，降低燃油消耗和减少污染物的排放，出现了以增压和缸内直喷为代表的先进汽油机技术和以高增压和高喷射为代表的先进柴油机技术。在上述技术下，由于时间极短，燃油没有办法完全蒸发，容易撞击在气缸壁和活塞上形成油膜，这不仅造成燃油损失，降低发动机的经济性，还会影响后续工作循环中混合气的形成，污染物排放增加。当附着在壁面上的燃油累积到一定量时，就会形成一个富燃料区，此时，碳烟颗粒物排放增多，形成积碳，积碳作为热源，当缸内温度较高时，会引燃周围的混合气，从而产生超级爆震，严重损坏内燃机。因此，研究液滴碰壁的破碎规律对寻求抑制内燃机超级爆震和提高发动机的动力性能和经济性能的方法是极具意义的。现有的液滴撞壁实验方法，主要是用液滴撞击某一静止的壁面或是用液滴撞击试验台上的油膜表面进而研究液滴在撞击壁面时的破碎机理，但在实际的发动机中，燃油液滴往往直接撞击气缸的壁面，同时气缸壁也并不是静止的，而是呈一定的周期性运动。因此，以往的液滴碰壁实验模型与内燃机缸内液滴撞击壁面的实际情况相差甚远，同时，以往的实验方案在调节参数变量时较为复杂，信号采集与后处理过程较为繁复。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法，能够定量研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴破碎的影响。本专利技术实验装置的技术方案为：一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程。作为本专利技术的一种优选方案，所述液滴生成系统包括注射器，注射器固定在高度调节系统上，使注射器的针头端朝向平板。作为本专利技术的一种优选方案，高度调节系统包括移动滑块和支架，移动滑块在支架上的位置可调，调到设定位置后将移动滑块固定在支架上。作为本专利技术的一种优选方案，所述平板振动系统包括信号发生器、功率放大器、激振器、螺杆和振动平板；振动平板通过螺杆螺纹连接在激振器上，振动平板处于水平状态；信号发生器通过功率放大器与激振器电连接，信号发生器用于发出设定频率的振动信号，该振动信号经过功率放大器放大后传递给激振器；调整功率放大器的电压用于调整激振器的振幅。作为本专利技术的一种优选方案，可视化系统包括示波器、高速相机和电脑；示波器与平板振动系统电连接，用于采集平板振动系统的振动频率和振幅并将其显示在示波器上；高速相机与电脑电连接，并与平板振动系统处于同一水平线上，高速相机用于实时拍摄液滴撞击平板振动系统的破碎过程，电脑用于实时存储高速相机拍摄的液滴撞击平板振动系统的破碎过程的图像信息。作为本专利技术的一种优选方案，可视化系统还包括光源和均光片，光源和均光片与高速相机相对，安放在平板振动系统的另一侧，均光片用于将光源的光线均匀投射到平板振动系统和高速相机上。作为本专利技术的一种优选方案，可视化系统还包括光电触发器，光电触发器固定在高度调节系统上，光电触发器与高速相机电连接；当液滴生成系统中的液滴滴下，掠过光电触发器时，光电触发器触发并将触发信号传递给高速相机，高速相机接收到触发信号后触发拍摄。作为本专利技术的一种优选方案，液滴生成系统还包括推进器，推进器固定在高度调节系统上并朝向注射器的手柄端，用于推动注射器的手柄使注射器产生液滴。作为本专利技术的一种优选方案，液滴生成系统还包括推进器控制器，所述推进器控制器与所述推进器电连接，用于控制推进器的推拉运动。本专利技术实验方法的技术方案为：包括以下步骤：步骤一：将吸取设定溶液后的注射器安装在高度调节系统上，调节高度调节系统，使注射器的针头在设定高度；步骤二：将设定大小的尺子水平放在平板的中心处，记录下该图像，用于计算可视化系统的视窗的实际大小，作为后续实验过程中统计液滴破碎后的粒径大小的参照物；步骤三：移除步骤二中的尺子；步骤四：调节平板振动系统，使平板按照设定频率和振幅振动，设定时间后，推动注射器生成液滴，可视化系统记录液滴撞击平板的破碎过程。有益效果：(1)本专利技术的实验装置结构简单、成本低廉，移动滑块在支架上可以自由调整，振动平板用螺杆与激振器相连，这些连接方式有利于定量研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小；通过调整信号发生器的振动频率和功率放大器的电压，有利于定量研究振动平板振动的幅值和频率对液滴破碎的影响(2)本专利技术的实验方法操作方便，由于实验装置中可控变量多，利用该实验方法便于综合研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴碰壁破碎的影响。附图说明图1为本专利技术的用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置示意图。其中，1-光源，2-信号发生器，3-均光片，4-支架，5-推进器，6-移动滑块，7-注射器，8-光电触发器，9-振动平板，10-螺杆，11-激振器，12-功率放大器，13-推进器控制器，14-示波器，15-高速相机，16-电脑具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法，能够定量研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴破碎的影响。一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；高度调节系统和平板振动系统分别固定在光学平板上；液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板振动系统；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方适当位置；平板振动系统与可视化系统处于同一水平线，平板振动系统用于平板产生设定的振动环境，有利于可视化系统实时观察和拍摄液滴撞击平板振动系统后的破碎过程并研究其破碎规律。如图1所示，液滴生成系统包括注射器7、推进器5和推进器控制器13，高度调节系统包括移动滑块6和支架4，平板振动系统包括信号发生器2、功率放大器12、激振器11、螺杆10和振动平板9，可视化系统包括光源1、均光片3、示波器14、高速相机15、光电触发器8和电脑16；激振器11和支架4分别固定在光学平板上，振动平板9通过螺杆10螺纹连接在激振器11上，通过调整螺杆10的伸出高度可以调整振动平板9相对激振器11的高度，使振动平板9和光学平板平行，都处于水平状态；移动滑块6设置在支架4的中上部，移动滑块6上设有凹槽；信号发生器2通过功率放大器12与激振器11电连接，信号发生器2用于发出不同频率的振动信号，该信号经过功率放大器12放大后传递给激振器11，激振器11振动，带动振动平板9振动；功率放大器12还可以通过调整电压来改变激振器11的振幅；示波器14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程。

【技术特征摘要】
1.用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程。2.如权利要求1所述的用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，所述液滴生成系统包括注射器(7)，注射器(7)固定在高度调节系统上，使注射器(7)的针头端朝向平板。3.如权利要求1所述的用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，高度调节系统包括移动滑块(6)和支架(4)，移动滑块(6)在支架(4)上的位置可调，调到设定位置后将移动滑块(6)固定在支架(4)上。4.如权利要求1所述的用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，所述平板振动系统包括信号发生器(2)、功率放大器(12)、激振器(11)、螺杆(10)和振动平板(9)；振动平板(9)通过螺杆(10)螺纹连接在激振器(11)上，振动平板(9)处于水平状态；信号发生器(2)通过功率放大器(12)与激振器(11)电连接，信号发生器(2)用于发出设定频率的振动信号，该振动信号经过功率放大器(12)放大后传递给激振器(11)；调整功率放大器(12)的电压用于调整激振器(11)的振幅。5.如权利要求1所述的用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，其特征在于，可视化系统包括示波器(14)、高速相机(15)和电脑(16)；示波器(14)与平板振动系统电连接，用于采集平板振动系统的振动频率和振幅并将其显示在示波器(14)上；高速相机(15)与电脑(16)电连接，并与平板振动系统处于同一水平线上，高速相机(15)用于实时拍摄液滴撞击平板振动系统的破碎过程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎一锴，吴清，康宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11