一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，包括水箱、支撑架、碰撞底板、牵引线和实验颗粒；水箱中充满粘性液体；支撑架置于水箱中；碰撞底板固定安装在支撑架的下部；牵引线的一端与支撑架的上部固定连接，另一端与实验颗粒固定连接；通过调整牵引线的位置和长度、碰撞底板的位置和角度，使实验颗粒能够与碰撞底板进行多角度的碰撞。通过牵引线与碰撞底板联合使用，可获得小角度碰撞的数据和更多碰撞形式，更好地模拟实际碰撞；还可减少调试装置时间；使用测力装置获得碰撞瞬间受力情况，使用高速摄像机观测碰撞瞬间的颗粒速度，使用三维粒子成像测速场仪测量流场速度，联合分析颗粒受力和运动状态，总结实验规律和碰撞规律。律和碰撞规律。律和碰撞规律。

【技术实现步骤摘要】
一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置


[0001]本专利技术涉及固体颗粒碰撞实验领域，尤其涉及一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置。

技术介绍

[0002]在管道运输、深海采矿、固体矿浆运输等领域的工程实践中，会频繁出现固体颗粒与运输管壁碰撞的现象。然而，目前对这一现象的认识尚不充分，碰撞对运输过程的影响尚不明确，需要更多的实验数据为管道输送、深海采矿等领域提供理论指导。
[0003]颗粒碰撞实验是在水箱模型中，通过自由下落牵引等方式使固体颗粒以一定的速度和角度撞击固体壁面，观察在这个过程中颗粒的运动行为、流体流场的状态、固体壁面的受力，并通过改变颗粒材质、流体特性来寻找颗粒碰撞过程中的规律。
[0004]在国内外已经有相应方向的研究，但现有的颗粒碰撞实验存在不足。在实际颗粒碰撞过程中，颗粒与壁面的碰撞存在一个碰撞角，这个碰撞角的范围非常广(从0度到90度)。但现有的实验中大多只选取几个不同的碰撞角度，并且鲜有小角度碰撞的实验。另外，颗粒与壁面的碰撞过程中，颗粒大多数情况还会自转，自转的方向、自转速度的大小，都会对碰撞结果产生非常大的影响。现有的实验大多数都只是对颗粒旋转进行了简单的实验，并且没有将颗粒的多角度碰撞与颗粒自转结合起来。
[0005]在颗粒碰撞的实验中，对碰撞结果有影响的物理量有颗粒的碰撞速度、颗粒的表面性质、液体的属性、颗粒的入射角度、颗粒的自转等等，现有的实验已经研究了碰撞速度、颗粒表面性质、液体属性对碰撞结果的影响，并总结出相应规律。但在颗粒实际运动过程中，颗粒与壁面之间的碰撞往往存在夹角，同时颗粒会在碰撞时产生自转，现有的实验鲜有对颗粒斜碰和自转进行深入研究。除此之外，现有的实验装置也难以进行多角度的碰撞实验。不足之处主要如下：实验设计很少考虑到倾斜碰撞的情况；实验设计很少涉及到颗粒自转对碰撞结果的影响；现有的实验装置很难做到多角度调节。
[0006]综上所述，本领域的技术人员致力于开发一种能够进行多角度碰撞的实验装置，通过调整实验颗粒与碰撞壁面，获得不同参数时的碰撞结果，从而获得颗粒碰撞方面的相关规律，并为实际工程领域提供理论指导。同时该实验装置可以更换碰撞方式，可以让颗粒拥有更多的碰撞方式，以获得不同碰撞状态下的碰撞结果。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何通过调节各种参数，从而获得不同的颗粒材质、液体属性、颗粒碰撞速度、颗粒碰撞角度、颗粒自转速度，通过模拟实际碰撞过程中出现的各种碰撞状态，进而达到分析实验参数和实验结果之间的关系并找出相应实验规律的目的。
[0008]为实现以上目的，本专利技术提供了一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，包括水箱、支撑架、碰撞底板、牵引线和实验颗粒；所述水箱中充满粘性液体；
所述支撑架置于所述水箱中；所述碰撞底板固定安装在所述支撑架的下部；所述牵引线的一端与所述支撑架的上部固定连接，另一端与所述实验颗粒固定连接；所述实验颗粒在所述粘性液体中自由释放后通过重力作用加速获得碰撞初速度；通过调整所述支撑架位置、所述牵引线长度、所述碰撞底板的位置和角度，使所述实验颗粒能够与所述碰撞底板进行多角度的碰撞。
[0009]进一步地，还包括高速摄像机，所述高速摄像机用于观测所述实验颗粒的碰撞速度及运动轨迹。
[0010]进一步地，还包括三维粒子成像测速场仪(PIV)，所述三维粒子成像测速场仪用于观测所述水箱中的所述粘性液体在碰撞过程中的流场速度。
[0011]进一步地，还包括测力装置，所述测力装置固定安装在所述碰撞底板上，用于测定所述实验颗粒与所述碰撞底板进行碰撞时的碰撞应力。
[0012]进一步地，所述支撑架包括可调节牵引点，所述可调节牵引点置于所述支撑架的上部并与所述牵引线的一端固定连接，为所述牵引线提供支点；所述可调节牵引点可以三自由度调节，不同位置的所述可调节牵引点可使所述实验颗粒获得不同的碰撞速度和角度。
[0013]进一步地，所述支撑架还包括固定底面和固定底板，所述固定底面置于所述支撑架的下部，所述固定底板固定安装在所述固定底面上；所述固定底板上设有螺纹孔阵列，通过所述螺纹孔阵列可为所述碰撞底板提供可调节安装位。
[0014]进一步地，所述牵引线与所述实验颗粒之间采用固体胶相连接，以便于更换不同材质、不同尺寸和不同表面属性的所述实验颗粒。
[0015]进一步地，所述碰撞底板还包括碰撞面，所述碰撞面固定于所述碰撞底板的上面。
[0016]进一步地，所述碰撞面的上表面设置为斜面，通过更换所述碰撞底板的方式可以对所述斜面的倾斜角度进行调整，可以获得所述倾斜角度为5度、10度、15度或其他倾斜角度的倾斜面。
[0017]进一步地，所述碰撞面与所述碰撞底板通过螺钉固定连接，通过更换所述碰撞面的方式，可以得到不同材质、不同尺寸和不同斜面倾斜角度的所述碰撞面。
[0018]与传统方法和装置相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0019]本专利技术通过碰撞牵引线与碰撞底板联合使用，获得了更大范围的碰撞角度，碰撞角从原有实验装置的30至90度提升至现在的5至90度，可以获得更多小角度碰撞的实验数据，能够更好地模拟实际碰撞；通过全方位调节牵引点，可获得更多的碰撞形式，调节实验参数可直接通过更换碰撞面或调节牵引点实现，充分利用了实验装置的空间，可以在同一装置中碰撞垂直壁面和水平底面，减少了调试装置所消耗的时间；使用测力装置获得碰撞瞬间的受力情况，从力与运动的角度出发，更全面地分析碰撞的过程，联合分析颗粒受力和运动状态，总结实验规律和碰撞规律。
[0020]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的一个较佳实施例的一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置
整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术的一个较佳实施例的一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置整体结构俯视图；
[0023]图3为本专利技术的一个较佳实施例的一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置的支撑架结构示意图。
[0024]其中，1
‑
水箱，2
‑
支撑架，3
‑
碰撞底板，4
‑
牵引线，5
‑
实验颗粒，6
‑
碰撞面，7
‑
固定底板，8
‑
可调节牵引点，9
‑
固定底面。
具体实施方式
[0025]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0026]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，包括水箱、支撑架、碰撞底板、牵引线和实验颗粒；所述水箱中充满粘性液体；所述支撑架置于所述水箱中；所述碰撞底板固定安装在所述支撑架的下部；所述牵引线的一端与所述支撑架的上部固定连接，另一端与所述实验颗粒固定连接；所述实验颗粒在所述粘性液体中自由释放后通过重力作用加速获得碰撞初速度；通过调整所述支撑架位置、所述牵引线长度、所述碰撞底板的位置和角度，使所述实验颗粒能够与所述碰撞底板进行多角度的碰撞。2.如权利要求1所述的粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，还包括高速摄像机，所述高速摄像机用于观测所述实验颗粒的碰撞速度及运动轨迹。3.如权利要求1所述的粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，还包括三维粒子成像测速场仪，所述三维粒子成像测速场仪用于观测所述水箱中的所述粘性液体在碰撞过程中的流场速度。4.如权利要求1所述的粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，还包括测力装置，所述测力装置固定安装在所述碰撞底板上，用于测定所述实验颗粒与所述碰撞底板进行碰撞时的碰撞应力。5.如权利要求1所述的粘性液体中固体颗粒与壁面碰撞实验装置，其特征在于，所述支撑架包括可调节牵引点，所述可调节牵引点置于所述支撑架的上部并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，王晋轲，田新亮，张显涛，江晨琦，盖康雨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：