一种高性能PIV测试用示踪粒子的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以粉煤灰空心微珠为基材制备高性能ＰＩＶ测试用示踪粒子的方法，该方法首先从粉煤灰中精选出空心微珠，然后对其表面进行金属化处理，在其表面包覆一金属层，使之具有合适的密度及高的光散射效率，最后对金属化处理后的粉煤灰空心微珠进行表面改性处理，在其表面包覆一有机物层，经干燥处理制得ＰＩＶ测试用的示踪粒子。该方法具有工艺简单、稳定可靠、成本低等优点，采用该方法所制备的ＰＩＶ测试用示踪粒子具有合适的密度、较好的流场跟随性和高的光散射效率，性能优异且稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能PIV测试用示踪粒子的制备方法，特别是涉及一种以粉煤灰空心微珠为基材制备高性能PIV测试用示踪粒子的方法。
技术介绍
PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速法)是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法，作为最实用和非常有潜力的流体力学全流场观测，现已成为流体力学测量研究中的热门课题。其测速原理是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移量来间接地测量流场中瞬态的速度分布。因此，示踪粒子在PIV测速中非常重要，它需要具有足够高的流动跟随性，以便能够真实地反映流场的运动状态；并且具有足够小的尺寸，以便能够最大限度地减少对流场的干扰；具有足够高的光散射效率，以便记录设备能够清晰地记录示踪粒子的位置；还需要具有良好的球形率，防止由于示踪粒子不同截面的光散射强度不同，影响对同一示踪粒子的判读。目前，在PIV实验中，常选用的示踪粒子主要有二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒、三氧化二铝颗粒、氧化镁颗粒、玻璃微珠、滑石粉、铝粉、镁粉、聚苯乙烯颗粒、塑料粉或花粉等等，但由于PIV测试用示踪粒子对粒子粒度及分布、光散射效率、颗粒形状和密度等参数要求较高，最佳的PIV测试用示踪粒子应该是细粒度、窄粒度分布、高散射效率、球形和与介质密度相同的颗粒，而目前常用的PIV测试用示踪粒子很难满足上述所有要求，测试人员只能根据实际条件，考虑主要的影响因素来选取示踪粒子。为了解决现在PIV测量中常用示踪粒子存在的问题，测试人员一直在寻找一种能够满足上述要求的示踪粒子，本专利技术提出一种以粉煤灰空心微珠为基材，对其表面进行金属化改性处理和有机化处理，所制备的粉煤灰空心微珠示踪粒子能够很好地满足PIV测试试验对示踪粒子的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能PIV测试用示踪粒子，该示踪粒子由粉煤灰空心微珠、金属层和有机物层构成，具有窄的粒度分布，高的球形率，较好的流场跟随性及优异的光散射效率。本专利技术的另一目的是提出一种制备高性能PIV测试用示踪粒子的方法，该方法首先从粉煤灰中精选出空心微珠，然后对粉煤灰空心微珠的表面进行金属化处理获得包覆在粉煤灰空心微珠表面的金属层，最后对包覆有金属层的粉煤灰空心微珠进行表面改性处理获得包覆在金属层表面的有机物层。该方法具有工艺简单、稳定可靠、成本低等优点，采用该方法所制备的PIV测试用示踪粒子具有合适的密度、较好的流场跟随性和高的光散射效率，性能优异且稳定。本专利技术的一种高性能PIV测试用示踪粒子，由粉煤灰空心微珠、金属层和有机物层构成，粉煤灰空心微珠的表面通过金属化处理包覆有金属层，金属层的表面通过改性处理包覆有有机物层。本专利技术的一种高性能PIV测试用示踪粒子的制备方法，包括下列步骤第一步选取粉煤灰空心微珠首先通过高梯度磁选机对粉煤灰进行除铁，然后通过半导体机对粉煤灰进行去碳，再通过气流分级设备分级，获得球形率在95％以上，不同粒度段分布的粉煤灰空心微珠，粒度在0.5um～100um之间可选；然后将上述精选得到的粉煤灰空心微珠加入到除油溶液中进行除油，所用的除油液配方为碳酸钠15～20g/L、氢氧化钠15～20g/L和磷酸钠15～20g/L；除油温度80℃～95℃，除油时间15～45分钟；最后将上述经除油处理后的粉煤灰空心微珠用水清洗至中性，获得制备示踪粒子的粉煤灰空心微珠；第二步金属化处理将经第一步处理后的粉煤灰空心微珠进行表面金属化处理，获得表面包覆有金属层的粉煤灰空心微珠，然后清洗其表面的镀液至中性；第三步表面改性处理将经第二步处理后的包覆有金属层的粉煤灰空心微珠在有机物溶液中进行表面改性处理，获得包覆有金属层和有机物层的粉煤灰空心微珠，并对其进行清洗；第四步干燥处理将经上述第三步处理后的包覆有金属层和有机物层的粉煤灰空心微珠在温度50℃～90℃的干燥箱中干燥1～3小时后取出，即制得PIV测试用的示踪粒子。附图说明图1是本专利技术包覆单层金属层示踪粒子的结构示意图。图2是本专利技术包覆双层金属层示踪粒子的结构示意图。图3(a)是用于大型流场PIV测试用示踪粒子的显微镜图像。图3(b)是用于大型流场PIV测试用示踪粒子在流场测试中的粒子照片。图4(a)是用于微型流场PIV测试用示踪粒子的显微镜图像。图4(b)是用于微型流场PIV测试用示踪粒子在流场测试中的粒子照片。图4(c)是未镀银处理的空心微珠在流场测试中的粒子照片。图中1.粉煤灰空心微珠 2.第一金属层 3.有机物层 4.第二金属层具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种高性能PIV测试用示踪粒子，由粉煤灰空心微珠1、第一金属层2和有机物层3构成，球形率在95％以上，粒度在0.5um～100um之间可选；粉煤灰空心微珠1的表面包覆有第一金属层2，第一金属层2的表面通过改性处理包覆有有机物层3，其结构参见图1所示。为了满足流场对示踪粒子的要求也可以在第一金属层2的表面再镀一金属层即第二金属层4，第二金属层4与第一金属层2的镀液是不相同的。这样本专利技术示踪粒子表面包覆的金属层可以是单层结构也可以是双层结构，双层结构请参见图2所示。本专利技术制备高性能PIV测试用示踪粒子的制备方法，包括下列步骤第一步选取粉煤灰空心微珠首先通过高梯度磁选机对粉煤灰进行除铁，然后通过半导体机对粉煤灰进行去碳，再通过气流分级设备分级，获得球形率在95％以上，不同粒度段分布的粉煤灰空心微珠，粒度在0.5um～100um之间可选；然后将上述精选得到的粉煤灰空心微珠加入到除油溶液中进行除油，所用的除油液配方为碳酸钠15～20g/L、氢氧化钠15～20g/L和磷酸钠15～20g/L；除油温度80℃～95℃，除油时间15～45分钟；最后将上述经除油处理后的粉煤灰空心微珠用水清洗至中性，获得制备示踪粒子的粉煤灰空心微珠；第二步金属化处理将经第一步处理后的粉煤灰空心微珠进行表面金属化处理，获得表面包覆有金属层的粉煤灰空心微珠，然后清洗其表面的镀液至中性；第三步表面改性处理将经第二步处理后的包覆有金属层的粉煤灰空心微珠在有机物溶液中进行表面改性处理，获得包覆有金属层和有机物层的粉煤灰空心微珠，并对其进行清洗； 第四步干燥处理将经上述第三步处理后的包覆有金属层和有机物层的粉煤灰空心微珠在温度50℃～90℃的干燥箱中干燥1～3小时后取出，即制得PIV测试用的示踪粒子。在本专利技术的制备工艺中，第二步金属化处理采用化学镀膜法或者真空溅射镀膜法。所述的镀液是金属镀银液、镀铜液或镀镍液。所述金属镀银液的配方为硝酸银(AgNO3)20～30g/L，酒石酸钾钠(KNaC4H4O6)100～150g/L，氢氧化钠(NaOH)10～20g/L和氨水(NH4OH)适量。所述金属镀银液的又一配方为硝酸银(AgNO3)20～30g/L，葡萄糖(C6H6O6)20～50g/L，氢氧化钠(NaOH)5～10g/L，乙醇50～100ml/L和氨水(NH4OH)适量。镀液中的氨水是用来络合溶液中的银离子。所述金属镀铜液的配方为硫酸铜(CuSO4)10～20g/L，甲醛(HCHO)10～20ml/L，EDTA二钠(Na2EDTA)15～25g/L，酒石酸钾钠(KNaC4H4O6)10～20g/L和氢氧化钠(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能ＰＩＶ测试用示踪粒子，其特征在于：由粉煤灰空心微珠、金属层和有机物层构成，所述粉煤灰空心微珠的表面通过金属化处理包覆有金属层，金属层的表面通过改性处理包覆有有机物层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志刚，蔡楚江，麻树林，邢玉山，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]