一种扇形喷雾流量场的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种扇形喷雾流量场的控制方法，具体包括以下步骤：(1)初始设置喷嘴在气液压力和流量下，喷射液体时的流量场各参数：z

【技术实现步骤摘要】
一种扇形喷雾流量场的控制方法
本专利技术涉及液体涂装领域，特别是涉及扇形喷嘴喷雾流量场的控制。
技术介绍
雾化喷涂广泛应用于汽车工业、木制品加工业、灌溉等行业中。近年来，由于个性化定制需要，雾化喷涂越来越多地应用在家装饰品、服装面料、海报等对象上。由于喷嘴结构差异较大，在不同的压力、流量作用下，不同的液体喷射出不同的喷雾流量场，给多喷嘴组合布局带来了难度。目前，大多数企业通过不断调试流经喷嘴入口处的压力和流量、喷嘴与受喷对象之间的相对位置、以及喷嘴与喷嘴之间的相对位置，提高受喷对象上的着液量分布均匀性。随着对喷涂要求的不断提高，只有获知特定喷射工艺条件下流量场空间分布的数学表达，才能为多喷嘴组合布局提供依据，为喷雾液量在线控制提供方便。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种扇形喷雾流量场的控制方法；具体是通过对扇形喷嘴平面流量分布函数和空间流量分布函数的推导，建立喷嘴流量分布式，适用于扇形喷嘴、圆形喷嘴等喷雾流量场计算，为喷嘴压力控制、流量控制和多喷嘴组合布局提供了数学基础，为实现均匀喷涂提供了可能。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种扇形喷雾流量场的控制方法，包括以下步骤：(1)初始设置喷嘴在气液压力和流量(压力、流量的极值由液压管路、喷头结构以及喷雾量要求决定)下，喷射液体(根据液体粘度的差异，选择合适的喷头。喷头选择合适，在压力作用下，液体都可以被雾化成小液滴)时的流量场各参数如下：z0，为射流基本段的起始处至喷口的距离；zn，为射流基本段的终止处至喷口的距离；z＝z0截面上，流量有效喷射区域内，椭圆长半轴3σ(0,z0)；z＝z0截面上，流量有效喷射区域内，椭圆短半轴c(0)，方位角θ为0°处，流量场外轮廓沿z轴正方向的斜率；z＝z0截面上，过截面中心处的流量强度值h(z0)；k，射流中心轴流量强度沿z轴(即射流中心轴的轴线方向，上面的“z＝z0”表示“z轴上位移z0”)的抗衰减系数；z0、zn、σ(0,z0)、c(0)、h(z0)、k数值大小均与喷嘴结构，喷嘴气液压力、流量、速度和质量比值，液体的成分、粘度、密度、表面张力等属性有关；受喷液体在一定的气、液压力作用下，经喷嘴出口，可分为射流初始段、射流基本段和射流消散段。其中，射流初始段的稳定性差，不具有工业使用价值；射流消散段距离喷口距离较远，其射流动压力难以达到所需要求；而处在射流基本段的流量场比较稳定，受喷液体雾化均匀，雾化层和周围空气也有较为明显的界限，具有实际应用意义；(2)计算喷雾流量场分布：(每个喷嘴的计算都是相同的。多喷嘴流量场中，需对不同喷嘴的流量进行数值叠加)在射流基本段，空间流量强度分布函数的极坐标函数式，如下：其中，Q(r,θ,z)为流量场基本段内任意一点的空间流量强度分布函数，r、θ、z等所有符号均与之前含义相同；即喷雾流量场分布函数，测定喷嘴在特定气液压力和流量下、喷射特定液体时的7个流量场参数后，代入上式，便可获得喷雾流量场分布；(3)比较空间流量强度分布函数与期望的流量强度的差异：射流基本段内，将流量有效喷射区域划分为n个小方体(n的取值依据计算精度要求而定，计算精度要求较高时n取较大的值)；计算所有小方体中心位置处的流量强度大小Qc(r,θ,z)，其组成的集合记作Qc，即：Qc＝{Qc(r1,θ1,z1),Qc(r2,θ2,z2),...,Qc(rn,θn,zn)}；设所有小方体中心位置处的期望流量强度大小为Qt(r,θ,z)，其组成的集合记作Qt，即：Qt＝{Qt(r1,θ1,z1),Qt(r2,θ2,z2),...,Qt(rn,θn,zn)}；若流量强度Qc与Qt满足：n为小方体数量；则完成扇形喷雾流量场的控制；否则，对空间流量强度分布进行调整，直至完成扇形喷雾流量场的控制；所述对空间流量强度分布进行调整是指：(1)更换喷嘴，具体为：(1.1)当期望流量场为圆形时，选择圆形喷嘴；当期望流量场为椭圆形时，选择扇形喷嘴；(1.2)对圆形喷嘴或者扇形喷嘴进行调整，可以事先用表格记录下一系列不同出口形状的喷嘴流场长、短半轴的比值，根据期望流量场长、短半轴比值，查询对应的喷嘴型号，直至射流基本段内，在z＝zx截面上(“z＝zx”表示“射流中心轴z轴上的取值为zx”，也即zx为过z轴的截面中心距离z轴原点P的距离(满足z0≤zx≤zn)，P点位置为喷头出口中心；“z＝zx截面”指沿z轴的任意平面)，流量有效喷射区域内，空间流量强度分布的流量场长、短半轴的比例为与期望流量场长、短半轴的比例为满足：其中，ac表示空间流量强度分布的流量场长半轴，bc表示空间流量强度分布的流量场短半轴，at表示期望流量场的长半轴，bt表示期望流量场的短半轴；喷雾要求不同，选用不同类型的喷嘴，喷射不同属性的液体时，喷嘴入口的压力、速度、流量、气液质量比等液体入射参数随之调整。气液压力和流量参数，都应在喷嘴允许的最大工作压力、最大流量之下。待喷射液不局限于水，根据不同的受喷对象，选用不同成分的喷涂液体，如颜料、化学试剂等。液体的粘度、表面张力等属性差异较大。当液体属性易受温度影响时，液体属性的改变还会影响喷雾流量场的空间流量强度。调整喷嘴满足上述要求后，可以进行一次空间流量强度分布函数与期望的流量强度的差异的比较，若满足二者差异要求，则不必进行进一步地调整，即完成扇形喷雾流量场的控制；若不满足则继续调整：(2)以喷嘴出口中心P点为转动中心，旋转喷嘴绕x、y、z轴的转动角度，即绕旋转轴调节的顺序依次为z→y→x，直至射流基本段内，流量有效喷射区域内，空间流量强度分布的流量场与期望流量场方向相同；当调整喷嘴绕x、y、z轴的转动角度满足上述要求后，可以进行一次空间流量强度分布函数与期望的流量强度的差异的比较，若满足二者差异要求，则不必进行进一步地调整，即完成扇形喷雾流量场的控制；若不满足则继续调整：(3)增大或者减小喷嘴入口的气液压力和流量，直至空间流量强度分布与期望的流量强度分布差异满足要求。作为优选的技术方案：如上所述的一种扇形喷雾流量场的控制方法，所述旋转喷嘴绕x、y、z轴的转动角度的计算方式为：(1)设期望流量场的空间位置可由3×3矩阵B表示，且与喷嘴局部坐标轴xi、yi、zi平行，且大小相等、方向相同，即设空间流量强度分布的流量场的空间位置为两两正交且其行列式的值为1，则A-1＝AT；(2)设旋转矩阵R，使B＝AR，则R＝A-1B；(3)根据A-1＝AT，得R＝A-1B＝ATB，则：其中，空间位置A可通过喷头上装有姿态传感器，可直接读出位置数值获得，空间位置B由期望位置给出；(4)由绕旋转轴调节的顺序依次为z→y→x，设定所对应的调节角度大小为γ、β、α；则旋转矩阵R为：其中，Rz-y-x为采用右手坐标系，依次绕z、y、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征是包括以下步骤：/n(1)初始设置喷嘴在气液压力和流量下，喷射液体时的流量场各参数如下：/nz

【技术特征摘要】
1.一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征是包括以下步骤：
(1)初始设置喷嘴在气液压力和流量下，喷射液体时的流量场各参数如下：
z0，为射流基本段的起始处至喷口的距离；
zn，为射流基本段的终止处至喷口的距离；
z＝z0截面上，流量有效喷射区域内，椭圆长半轴3σ(0,z0)；
z＝z0截面上，流量有效喷射区域内，椭圆短半轴
c(0)，方位角θ为0°处，流量场外轮廓沿z轴正方向的斜率；
z＝z0截面上，过截面中心处的流量强度值h(z0)；
k，射流中心轴流量强度沿z轴的抗衰减系数；
(2)计算喷雾流量场分布：在射流基本段，空间流量强度分布函数，如下：



其中，Q(r,θ,z)为流量场基本段内任意一点的空间流量强度分布函数；
(3)比较空间流量强度分布与期望的流量强度的差异：
射流基本段内，将流量有效喷射区域划分为n个小方体；计算所有小方体中心位置处的流量强度大小Qc(r,θ,z)，其组成的集合记作Qc，即：Qc＝{Qc(r1,θ1,z1),Qc(r2,θ2,z2),...,Qc(rn,θn,zn)}；设所有小方体中心位置处的期望流量强度大小为Qt(r,θ,z)，其组成的集合记作Qt，即：Qt＝{Qt(r1,θ1,z1),Qt(r2,θ2,z2),...,Qt(rn,θn,zn)}；
若流量强度Qc与Qt满足：

n为小方体数量；
则完成扇形喷雾流量场的控制；否则，对空间流量强度分布进行调整，直至完成扇形喷雾流量场的控制；
所述对空间流量强度分布进行调整是指：
(1)更换喷嘴，具体为：
(1.1)当期望流量场为圆形时，选择圆形喷嘴；当期望流量场为椭圆形时，选择扇形喷嘴；
(1.2)对圆形喷嘴或者扇形喷嘴进行调整，直至射流基本段内，在z＝zx截面上，流量有效喷射区域内，空间流量强度分布的流量场长、短半轴的比例为与期望流量场长、短半轴的比例为满足：



其中，ac表示空间流量强度分布的流量场长半轴，bc表示空间流量强度分布的流量场短半轴，at表示期望流量场的长半轴，bt表示期望流量场的短半轴；
(2)旋转喷嘴绕x、y、z轴的转动角度，即绕旋转轴调节的顺序依次为z→y→x，直至射流基本段内，流量有效喷射区域内，空间流量强度分布的流量场与期望流量场方向相同；
(3)增大或者减小喷嘴入口的气液压力和流量，直至空间流量强度分布与期望的流量强度分布差异满足要求。


2.根据权利要求1所述的一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征在于，所述旋转喷嘴绕x、y、z轴的转动角度的计算方式为：
(1)设期望流量场的空间位置可由3×3矩阵B表示，且与喷嘴局部坐标轴xi、yi、zi平行，且大小相等、方向相同，即
设空间流量强度分布的流量场的空间位置为则A-1＝AT；
(2)设旋转矩阵R，使B＝AR，则R＝A-1B；
(3)根据A-1＝AT，得R＝A-1B＝ATB，则：



其中，空间位置A可通过喷头上装有姿态传感器获得，空间位置B由期望位置给出；
(4)由绕旋转轴调节的顺序依次为z→y→x，设定所对应的调节角度大小为γ、β、α；则旋转矩阵R为：



其中，Rz-y-x为采用右手坐标系，依次绕z、y、x轴旋转后形成的空间旋转矩阵；Rotz、Roty、Rotx分别为绕z、y、x轴旋转γ、β、α后形成的基础旋转矩阵；
(5)将ATB与矩阵R联立，解出γ、β、α，即将喷嘴依次绕z轴旋转γ、绕y轴旋转β、绕x轴旋转α，便能将喷嘴从空间位置A调整至空间位置B。


3.根据权利要求1所述的一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征在于，z0、zn、σ(0,z0)、和c(0)，使用50mm定焦镜头相机标定图像像素与实际尺寸之间的关系后，从所拍摄的流量场图像上计算获得。


4.根据权利要求1所述的一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征在于，h(z0)和k使用皮托管进行测定。


5.根据权利要求1所述的一种扇形喷雾流量场的控制方法，其特征在于，计算喷雾流量场分布的具体过程为：
(2.1)建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧敏，顾达夫，毛志平，岳晓丽，张慧乐，钟毅，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31