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用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统技术方案

技术编号:24165162 阅读:51 留言:0更新日期:2020-05-16 01:14
本发明专利技术涉及微米颗粒流测量设备技术领域,尤其涉及一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,包括压缩空气气源、质量流量控制器、颗粒分散器、撞击基底以及光学测量装置,质量流量控制器与压缩空气气源相连,颗粒分散器的进口与质量流量控制器相连,颗粒分散器的出口与泄放出口相连,撞击基底设置于泄放出口的正下方。本发明专利技术所述的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,能够将待测微米颗粒聚合物有效分散成单个待测微米颗粒,修正流体曳力对颗粒运动的影响,从而提高测量准确度。

A system for measuring critical adhesion velocity and recovery coefficient of micron particles against wall

【技术实现步骤摘要】
用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统
本专利技术涉及微米颗粒流测量设备
,尤其涉及一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统。
技术介绍
微米颗粒碰壁现象广泛出现在自然界和工业过程中,例如可吸入颗粒物在气管内的沉积、锅炉中飞灰颗粒在管壁的沉积等。在这些微米颗粒流问题中,颗粒与壁面的相互作用作为颗粒沉积过程的重要机制之一,对准确估计颗粒沉积率具有重要意义。要想准确评估微米颗粒的碰壁行为和沉积率,重要的是获得颗粒碰壁的临界粘附速度和恢复系数。单颗粒碰壁实验是精确获得颗粒碰壁的临界粘附速度和恢复系数最有效的方法。现有的单颗粒碰壁实验主要分为两类,一类在真空中完成,颗粒靠重力加速;另一类在载气环境中完成,颗粒靠气流加速。但现有的单颗粒碰壁实验仍然存在问题。其一,在光学测量上,现有的打光方式常采用90°散射光,由于高倍显微镜的使用,导致镜头的景深非常小,颗粒一旦稍微偏离焦平面,其运动就很难被成像记录下来。其二,由于粘附力作用,微米颗粒之间的团聚效应非常明显,如何将团聚颗粒分散成单颗粒是现有技术中的一大难题。其三,若实验在载气环境中完成,但一般高速摄像仪的帧率无法记录微米颗粒碰壁前后的瞬时速度,只能记录颗粒在近壁区的速度,如何对颗粒在近壁区的速度进行修正,准确获得颗粒碰壁瞬间的速度也是难点之一。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,解决现有技术难以将团聚颗粒分散成单颗粒的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题,本专利技术提供了一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,包括:压缩空气气源,所述压缩空气气源用于提供加速待测微米颗粒的压缩空气;质量流量控制器,所述质量流量控制器与所述压缩空气气源相连,所述质量流量控制器用于控制所述压缩空气的流量;颗粒分散器,所述颗粒分散器的进口与所述质量流量控制器相连,所述颗粒分散器的出口与泄放出口相连;所述颗粒分散器用于提供待测微米颗粒聚合物,并在所述压缩空气的作用下将所述待测微米颗粒聚合物分散为单个待测微米颗粒,所述单个待测微米颗粒从所述泄放出口流出;撞击基底,所述撞击基底设置于所述泄放出口的正下方,从所述泄放出口流出的所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底的撞击平面进行撞击碰壁;光学测量装置,所述光学测量装置用于记录所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底撞击碰壁前后的运动轨迹。进一步地,所述光学测量装置包括沿水平向依次设置的激光器、扩束器、高倍显微镜和高速摄像仪,其中,所述泄放出口与所述撞击基底对应设置于所述光学测量装置的上下两侧;所述激光器与所述扩束器间隔设置,所述扩束器与所述高倍显微镜间隔设置,所述高倍显微镜与所述高速摄像仪相连,其中,所述扩束器与所述高倍显微镜对应设置于所述泄放出口的左右两侧;所述激光器用于发出激光,所述扩束器用于对所述激光进行扩束形成激光束,所述激光束经过所述撞击基底的顶部区域后投影进入所述高倍显微镜和所述高速摄像仪中,所述高倍显微镜用于对所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动进行放大,所述高速摄像仪用于记录放大后所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像。进一步地,还包括图像数据处理装置,所述图像数据处理装置包括图像处理模块以及与所述图像处理模块连接的数据修正模块,所述图像处理模块用于对所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像进行处理,获得二值化图像以及所述单个待测微米颗粒的运动参数;所述数据修正模块用于获取所述单个待测微米颗粒的临界粘附速度和恢复系数。进一步地,所述数据修正模块包括数据拟合子模块以及与所述数据拟合子模块连接的线性外推子模块,所述数据拟合子模块根据所述单个待测微米颗粒的运动参数,拟合获得所述单个待测微米颗粒在入射过程中的加速度和反弹过程中的加速度;所述线性外推子模块根据所述单个待测微米颗粒在入射过程中的加速度和反弹过程中的加速度,通过线性外推法获得所述单个待测微米颗粒撞击碰壁瞬间的入射速度和反弹速度。进一步地,所述数据修正模块还包括与所述线性外推子模块连接的数据处理子模块,所述数据处理子模块根据所述单个待测微米颗粒撞击碰壁瞬间的入射速度和反弹速度,计算获取所述单个待测微米颗粒的临界粘附速度和恢复系数。具体地,所述压缩空气气源通过第一管路与所述质量流量控制器相连,所述第一管路上设有减压阀。具体地,所述质量流量控制器通过第二管路与所述颗粒分散器的进口相连,所述颗粒分散器的出口通过第三管路与所述泄放出口相连。进一步地,还包括与所述颗粒分散器的出口连接的旁通管路,所述旁通管路上设有流量控制阀。进一步地,还包括试验箱体,所述撞击基底和所述泄放出口均设置于所述试验箱体的内部。具体地,所述泄放出口的延伸方向与水平面相垂直;所述撞击基底的撞击平面与水平面相平行;所述撞击基底的撞击平面的轴线与所述泄放出口的轴线相重合。具体地,所述高倍显微镜的放大倍数为15~750倍;所述高速摄像仪的帧率为1000~40000帧/秒。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点:本专利技术提供的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,通过压缩空气气源提供用于加速待测微米颗粒的压缩空气,通过质量流量控制器能够控制通入颗粒分散器的压缩空气的流量,通过颗粒分散器能够将待测微米颗粒聚合物分散为单个待测微米颗粒,单个待测微米颗粒从泄放出口流出,然后与撞击基底的撞击平面进行撞击碰壁,在此过程中,通过光学测量装置来记录单个待测微米颗粒与撞击基底撞击碰壁前后的运动轨迹。由此,本专利技术所述的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,能够将待测微米颗粒聚合物有效分散成单个待测微米颗粒,从而提高测量准确度。本专利技术提供的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,将激光器、扩束器、高倍显微镜和高速摄像仪沿水平向依次设置,将泄放出口与撞击基底分别设置于光学测量装置的上下两侧,并且将激光器和扩束器设置于泄放出口的一侧,将高倍显微镜和高速摄像仪设置于泄放出口的相对另一侧,从而实现180°背投影打光,有效避免景深与高倍显微镜放大倍数之间的限制,其中通过激光器发射激光,通过扩束器对激光进行扩束形成激光束,激光束经过撞击基底的顶部区域后投影进入高倍显微镜和高速摄像仪中,通过高倍显微镜能够对单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动进行放大,通过高速摄像仪能够记录放大后单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像,从而能够对单个待测微米颗粒的运动进行有效成像。本专利技术提供的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,通过图像处理模块能够对单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像进行处理,从而获得二值化图像以及单个待测微米颗粒的运动参数,通过数据修正模块能够拟合获得单个待测微米颗粒在入射过程中的加速度和反弹过程中的加速度,能够通过线性外推法获得单个待测微米颗粒撞击碰壁瞬间的入射速度和反弹速度,进而计算获取单个待测微米颗粒的临界粘附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,其特征在于,包括:/n压缩空气气源,所述压缩空气气源用于提供加速待测微米颗粒的压缩空气;/n质量流量控制器,所述质量流量控制器与所述压缩空气气源相连,所述质量流量控制器用于控制所述压缩空气的流量;/n颗粒分散器,所述颗粒分散器的进口与所述质量流量控制器相连,所述颗粒分散器的出口与泄放出口相连;所述颗粒分散器用于提供待测微米颗粒聚合物,并在所述压缩空气的作用下将所述待测微米颗粒聚合物分散为单个待测微米颗粒,所述单个待测微米颗粒从所述泄放出口流出;/n撞击基底,所述撞击基底设置于所述泄放出口的正下方,从所述泄放出口流出的所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底的撞击平面进行撞击碰壁;/n光学测量装置,所述光学测量装置用于记录所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底撞击碰壁前后的运动轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,其特征在于,包括:
压缩空气气源,所述压缩空气气源用于提供加速待测微米颗粒的压缩空气;
质量流量控制器,所述质量流量控制器与所述压缩空气气源相连,所述质量流量控制器用于控制所述压缩空气的流量;
颗粒分散器,所述颗粒分散器的进口与所述质量流量控制器相连,所述颗粒分散器的出口与泄放出口相连;所述颗粒分散器用于提供待测微米颗粒聚合物,并在所述压缩空气的作用下将所述待测微米颗粒聚合物分散为单个待测微米颗粒,所述单个待测微米颗粒从所述泄放出口流出;
撞击基底,所述撞击基底设置于所述泄放出口的正下方,从所述泄放出口流出的所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底的撞击平面进行撞击碰壁;
光学测量装置,所述光学测量装置用于记录所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底撞击碰壁前后的运动轨迹。


2.根据权利要求1所述的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,其特征在于,所述光学测量装置包括沿水平向依次设置的激光器、扩束器、高倍显微镜和高速摄像仪,其中,所述泄放出口与所述撞击基底对应设置于所述光学测量装置的上下两侧;所述激光器与所述扩束器间隔设置,所述扩束器与所述高倍显微镜间隔设置,所述高倍显微镜与所述高速摄像仪相连,其中,所述扩束器与所述高倍显微镜对应设置于所述泄放出口的左右两侧;所述激光器用于发出激光,所述扩束器用于对所述激光进行扩束形成激光束,所述激光束经过所述撞击基底的顶部区域后投影进入所述高倍显微镜和所述高速摄像仪中,所述高倍显微镜用于对所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动进行放大,所述高速摄像仪用于记录放大后所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像。


3.根据权利要求2所述的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统,其特征在于,还包括图像数据处理装置,所述图像数据处理装置包括图像处理模块以及与所述图像处理模块连接的数据修正模块,所述图像处理模块用于对所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像进行处理,获得二值化图像以及所述单个待测微米颗粒的运动参数;所述数据修正模块用于获取所述单个待测微米颗粒的临界粘附速度和恢复系数...

【专利技术属性】
技术研发人员:方筑张易阳李晓伟吴莘馨董玉杰张作义
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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