本发明专利技术提供一种可调节的气泡切割装置及其可视化实验系统，涉及气泡切割装置领域。本发明专利技术包括可调节的气泡切割装置和可视化实验系统；所述可调节的气泡切割装置通过水平滑块和竖直滑块实现切割片水平和竖直方向的精确调节，并通过夹片调节切割片切泡角度以及更换切割片；所述可视化实验系统利用高速摄像机对可调节气泡切割装置进行气泡图像采集，通过计算机实现气泡图像的处理，并利用函数计算,使切割片自动调节至最佳切割位置。本发明专利技术有利于调节切割片的位置、角度、形状、材料等参数的精确范围，实现计算机对监测气泡切割图像、处理气泡切割图像、获取气泡切割参数、智能控制气泡切割位置的一体化实验目标。泡切割位置的一体化实验目标。泡切割位置的一体化实验目标。
【技术实现步骤摘要】
一种可调节的气泡切割装置及其可视化实验系统
[0001]本专利技术涉及一种气泡切割装置，具体为一种可调节的气泡切割装置及其可视化实验系统，属于气泡切割装置
技术介绍
[0002]目前，鼓泡式反应器广泛应用于废水处理、发酵、生物反应、臭氧分解、氢化、氯化、氧化、药物和食品制造等领域，气液传质的主要阻力存在于气液界面。因此对气液界面进行破坏，把气泡切割成更小的气泡，有利于增加气液接触面积，增强传质效果。
[0003]专利申请号为202011557603.3公开了一种气泡切割装置，在气泡上升途中，设置多层气泡切割器1，所述的气泡切割器可以是一端固定、一端悬空的弹性单丝，在切割气泡的同时，如果有杂物挂附于所述单丝1上，在气液流4的冲刷下，所述单丝会向上弯曲，使杂物难以挂附而被冲刷掉，有利于设备保持长时间高效运转。
[0004]专利申请号为201911097816.X公开了一种可有效提高固碳效率的可控扰流式微藻养殖装置，包括反应器、气室、气泡发生器以及散流旋动式曝布器；所述反应器位于气室上侧，所述气泡发生器安装于气室内，其包括八爪管、水泵以及文丘里管；所述文丘里管与连接管道相连，该连接管道伸出气室后与软管相连；所述软管与气泡输送管相连，该气泡输送管伸入反应器内；所述散流旋动式曝布器包括电机、传动轴以及切割装置；所述切割装置包括间隔设置并套设在传动轴下部的三层切割盘，在上层切割盘的下侧以及中间割盘和下层切割盘的上下两侧均设置有若干凸刺。本专利技术能够使CO2形成的气泡体积更小并分布均匀，从而大大提高了微藻的固碳和传质效率，极富节能减排理念。
[0005]但现有技术中，当前强化鼓泡式反应器气液界面传递的方法，主要是产生微小气泡，包括微细孔径曝气、旋转叶片破碎、超声破碎等，但是这些方法存在结构复杂，耗能高等问题。而在气泡脱离孔口后对其进行切割，在不增加能耗的前提下，增大了气液界面的接触面积，强化了气液界面的扰动，延长了气泡的停留时间，从而有效提高了气液界面的传质速率。因此，具有气泡割裂装置的研究对曝气器的设计是非常重要的。当前有关气泡切割装置的研究较为粗略，气泡切割方法也只是通过增多切割元件的数目或减小切割元件的尺寸来实现对气泡切割和破碎，对气泡切割过程中破裂的机理研究尚不清楚，对气泡切割装置的设计也较简单。一方面现有技术中没有给出气泡切割器和气泡发生装置具体的有效空间相对位置参数范围，会造成气泡切割的效率不高，不能精确的对各种尺度的单气泡进行有效切割；另一方面，现有装置的气泡切割器都是固定的，不能进行空间位置的精确和自动调节以及气泡切割器的更换；最后，现有的气泡切割装置都是根据经验设计，且不透明，无法进行单个气泡切割过程破裂机理的可视化的实验研究。因此，亟需一套带精确可调节的单气泡切割装置的可视化实验系统对单个气泡切割过程的破裂机理进行深入的研究，并给出有利于气泡破裂的切割片的位置、角度、形状、材料等参数范围，为鼓泡式反应器曝气器装置的优化提供有力的支撑数据。
技术实现思路
[0006](一)解决的技术问题
[0007]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可调节的气泡切割装置及其可视化实验系统，以解决现有技术中的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种可调节的气泡切割装置，包括可调节的气泡切割装置；
[0010]所述可调节的气泡切割装置包括竖直螺杆，气泡切割片，水平滑块，反应器，竖直滑块，水平螺杆，竖直导杆，水平导杆，水平步进电机，连接杆，步进电机控制器，固定柱，夹片，竖直步进电机。
[0011]优选地，气泡切割片与毛细管的有效切割空间相对位置设置为精确可调节，所述毛细管出口的中心点设置为参考点，所述水平滑块用于带动竖直滑块、连接杆、夹片以及气泡切割片在水平范围移动，所述竖直滑块用于带动连接杆、夹片、气泡切割片在竖直范围移动，所述夹片用于更换和固定气泡切割片，所述夹片包括调节旋钮，所述调节旋钮的气泡切割角度的调节范围设置为0
°
～180
°
。
[0012]优选地，所述气泡切割片的厚度设置为d～3d，d取0.5～1.5mm，为毛细管的直径，所述气泡切割片的高度设置为d～4d，推荐的切割片厚度、高度内的气泡切割效果较好，所述气泡切割片的水平调节范围设置为－d～d距离，使水平调节范围内的气泡切割效果较好，所述气泡切割片的竖直调节范围设置为6d～14d距离，使竖直调节范围内的气泡切割效果较好，气泡切割片是可固定在夹片上的玻璃片或者其他材料的薄片，也可以是不同形状(可以是倒三角形、倒四棱锥或其他形状)、厚度、高度的切割片。
[0013]优选地，所述竖直导杆设置为用于对水平滑块和竖直滑块起连接和导向作用的光滑导向杆，所述竖直导杆的数量设置为两个，所述竖直导杆与水平滑块、竖直滑块上下两端的连接处均设置有用于增加摩擦力的垫片，所述水平导杆设置为用于对固定柱和水平滑块起连接和导向作用的光滑导向杆，所述水平导杆的数量设置为两个，所述水平导杆与固定柱、水平滑块的连接处均设置有用于增加摩擦力的垫片。
[0014]优选地，所述竖直螺杆与竖直滑块内部螺纹相咬合，并对竖直滑块进行螺旋传动，所述水平螺杆与水平滑块内部螺纹相咬合，并对水平滑块进行螺旋传动，所述竖直螺杆和水平螺杆的螺纹均采用梯形螺纹或其他传动精度比较高的螺纹且其螺距不超过1mm，所述竖直螺杆长度可贯穿水平滑块和竖直滑块，所述水平螺杆长度可贯穿固定柱和水平滑块。
[0015]一种可调节的气泡切割装置的可视化系统，包括可视化实验装置，所述可视化实验装置包括光源，电滑轨，高速摄影机，计算机，所述光源，电滑轨，高速摄影机，计算机之间设置为电控连接，所述可调节的气泡切割装置和可视化实验系统可以相互配合调控，所述可调节的气泡切割装置中气泡切割片放置的目标位置(X
c
,Y
c
)的确定模式包括自动调节模式和手动调节模式。
[0016]一、自动调节模式：自动调节模式是通过高速摄影机将气泡运动的过程的拍摄结果传递到计算机，由图像处理程序进行气泡运动过程的图像处理提取气泡边界，最终获得气泡的等效直径D
b
、宽高比W/H、气泡的形心位置(X
b
,Y
b
)、水平和竖直方向运动速度V
x
和V
y
等参数，计算机的CPU根据函数X
c
＝f(D
b
,W/H,X
b
,V
x
)和Y
c
＝g(D
b
,W/H,Y
b
,V
y
)计算出气泡切割片
放置的较佳目标的切割位置(X
c
,Y
c
)，并反馈给步进电机控制器，步进电机控制器控制水平步进电机和竖直步进电机将气泡切割片移动到目标切割位置，实现自动调控；
[0017]二、手动调节模式：手动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调节的气泡切割装置，其特征在于，包括可调节的气泡切割装置；所述可调节的气泡切割装置包括竖直螺杆，气泡切割片，水平滑块，反应器，竖直滑块，水平螺杆，竖直导杆，水平导杆，水平步进电机，连接杆，步进电机控制器，固定柱，夹片，竖直步进电机。2.根据权利要求1所述的一种可调节的气泡切割装置，其特征在于：气泡切割片与毛细管的有效切割空间相对位置设置为精确可调节，所述毛细管出口的中心点设置为参考点，所述水平滑块用于带动竖直滑块、连接杆、夹片以及气泡切割片在水平范围移动，所述竖直滑块用于带动连接杆、夹片、气泡切割片在竖直范围移动，所述夹片用于更换和固定气泡切割片，所述夹片包括调节旋钮，所述调节旋钮的气泡切割角度的调节范围设置为0
°
～180
°
。3.根据权利要求1所述的一种可调节的气泡切割装置，其特征在于：所述气泡切割片的厚度设置为d～3d，所述气泡切割片的高度设置为d～4d，所述气泡切割片的水平调节范围设置为－d～d距离，所述气泡切割片的竖直调节范围设置为6d～14d距离。4.根据权利要求1所述的一种可调节的气泡切割装置，其特征在于：所述竖直导杆设置为用于对水平滑块和竖直滑块起连接和导向作用的光滑导向杆，所述竖直导杆的数量设置为两个，所述竖直导杆与水平滑块、竖直滑块上下两端的连接处均设置有用于增加摩擦力的垫片，所述水平导杆设置为用于对固定柱和水平滑块起连接和导向作用的光滑导向杆，所述水平导杆的数量设置为两个，所述水平导杆与固定柱、水平滑块的连接处均设置有用于增加摩擦力的垫片。5.根据权利要求1所述的一种可调节的气泡切割装置，其特征在于：所述竖直螺杆和水平螺杆的螺纹均采用梯形螺纹或其他传动精度比较高的螺纹且其螺距不超过1mm，所述竖直螺杆长度可贯穿水平滑块和竖直滑块，所述水平螺杆长度可贯穿固定柱和水平滑块。6.一种可调节的气泡切割装置的可视化系统，采用如权利要求1
‑
5任意所述的一种可调节的气泡切割装置，其特征在于，包括可视化实验装置，所述可视化实验装置包括光源，电滑轨，高速摄影机，计算机，所述光源，电滑轨，高速摄影机，计算机之间设置为电控连接，所述可调节的气泡切割装置中气泡切割片放置的目标位置(X
c
,Y
c
)的确定模式包括自动调节模式和手动调节模式，自动调节模式通过高速摄影机将气泡运动的过程的拍摄结果传递到计算机，由图像处理程序进行气泡运动过程的图像处理提取气泡边界，最终获得气泡的等效直径D
b
、宽高比W/H、气泡的形心位置(X
b
,Y
b
)、水平和竖直方向运动速度V
x
和V
y
等参数，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，李金铭，赵莎，刘丽，李红艳，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
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