一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法，涉及微纳颗粒测量技术领域，包括：环境仓用于产生满足预设条件的温湿度环境；气溶胶液滴产生组件用于将粒径气溶胶气流输送至环境仓；激光发射组件用于向环境仓分别发射第一激光和第二激光，使得第一激光与第二激光在环境仓中汇聚并产生光阱；光阱捕获液滴颗粒以使得液滴颗粒在环境仓中处于悬浮状态；液滴蒸发观测组件用于观测环境仓内液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸和液滴内部温度分布数据；蒸发速率及传热效率计算部件用于根据多个粒径尺寸计算液滴颗粒的蒸发速率，根据多个液滴内部温度分布数据计算液滴颗粒的传热效率。本发明专利技术实现了对于单液滴蒸发速率及传热效率的准确测量和计算。的准确测量和计算。的准确测量和计算。

【技术实现步骤摘要】
一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及微纳颗粒测量
，特别是涉及一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法。

技术介绍

[0002]液滴蒸发广泛存在于自然及工业生产及生活中，如自然降雨循环过程，农药喷洒、服务器相变强化散热等。而含颗粒的液滴蒸发多数情况发生在不与壁面接触的悬浮状态。此外，颗粒蒸发理论模型也是建立于悬浮颗粒基础上的，颗粒周围的水汽在蒸气压的作用下由颗粒表面向环境扩散，在蒸气压差下实现液滴相变蒸发。
[0003]传统单液滴蒸发过程的蒸发速率测量方法是将颗粒置于一定材质的基底上，在温度和湿度可控的环境仓中使用显微镜观察其三相线及形貌变化，通过计算体积变化梯度间接计算蒸发速率。此时待测颗粒与基底直接接触，基底的表面性质会对凝结部位及蒸发速率有显著影响。然而，现实工业中的颗粒均是悬浮于气流中的，且颗粒蒸发动力学理论模型也是基于悬浮颗粒在动态移动过程中建立的。因此，传统测量颗粒凝结生长速率的方法与实际工业应用中颗粒蒸发过程有较大差异。并且传统温度测量方法所用温度传感器在液滴表面极易产生毛细现象，影响液滴形貌致使蒸发速率测量产生偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法，实现了对于单液滴蒸发速率及传热效率的准确测量和计算。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置，包括：
[0007]环境仓，用于产生满足预设条件的温湿度环境；所述预设条件包括预设温度和预设湿度；
[0008]气溶胶液滴产生组件，与所述环境仓连通，用于产生粒径气溶胶气流，并将所述粒径气溶胶气流输送至所述环境仓；所述粒径气溶胶气流包括多个液滴颗粒；
[0009]激光发射组件，用于向所述环境仓分别发射第一激光和第二激光，以使得所述第一激光与所述第二激光在所述环境仓中汇聚并产生光阱；所述光阱用于捕获所述液滴颗粒，以使得所述液滴颗粒在所述环境仓中处于悬浮状态；
[0010]液滴蒸发观测组件，用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸和液滴内部温度分布数据；
[0011]蒸发速率及传热效率计算部件，用于根据多个所述粒径尺寸计算所述液滴颗粒的蒸发速率，根据多个所述液滴内部温度分布数据计算所述液滴颗粒的传热效率。
[0012]可选地，所述激光发射组件包括第一激光发射子部件和第二激光发射子部件；
[0013]所述第一激光发射子部件设置在所述环境仓的第一侧，所述第一激光发射子部件用于向所述环境仓发射第一激光；
[0014]所述第二激光发射子部件设置在所述环境仓的第二侧，所述第二激光发射子部件用于所述环境仓发射第二激光；
[0015]且所述环境仓的第一侧与所述环境仓的第二侧在水平方向上相对。
[0016]可选地，所述第一激光发射子部件包括第一激光控制器、第一激光器、第一平面反光镜和第一移动凸透镜；
[0017]所述第一激光控制器与所述第一激光器连接，所述第一激光控制器用于：
[0018]控制所述第一激光器产生第一激光；
[0019]当所述液滴颗粒在所述环境仓中被光阱捕获后，调整所述第一激光的激光功率，以使得所述液滴颗粒保持被光阱捕获的状态；
[0020]所述第一激光器、所述第一平面反光镜和所述第一移动凸透镜依次设置，以使得所述第一激光依次经过所述第一平面反光镜和所述第一移动凸透镜后入射至所述环境仓。
[0021]可选地，所述第一移动凸透镜用于将经过所述第一平面反光镜调整后的所述第一激光汇聚至所述环境仓的中心处。
[0022]可选地，所述液滴蒸发观测组件包括光学显微镜和微距镜红外摄像仪；
[0023]所述光学显微镜用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸；
[0024]所述微距镜红外摄像仪用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的液滴内部温度分布数据。
[0025]可选地，所述气溶胶液滴产生组件包括气溶胶发生器和液滴颗粒输送管道；
[0026]所述气溶胶发生器用于产生由单一组分的液滴颗粒构成的粒径气溶胶气流；
[0027]所述液滴颗粒输送管道的一端与所述气溶胶发生器连通，所述液滴颗粒输送管道的另一端与所述环境仓连通，所述液滴颗粒输送管道用于将所述粒径气溶胶气流送入所述环境仓。
[0028]可选地，所述测量装置还包括：
[0029]控温水浴槽，与所述环境仓连通，用于调节所述环境仓中的温度，以使得所述环境仓中的温度达到预设温度；
[0030]湿度控制器，设置在所述环境仓中，用于检测所述环境仓中的湿度数据，并根据所述湿度数据增大或减小所述环境仓中的湿度，以使得所述环境仓中的湿度达到预设湿度。
[0031]可选地，所述第二激光发射子部件包括第二激光控制器、第二激光器、第二平面反光镜和第二移动凸透镜；
[0032]所述第二激光控制器与所述第二激光器连接，所述第二激光控制器用于：
[0033]控制所述第二激光器产生第二激光；
[0034]当所述液滴颗粒在所述环境仓中被光阱捕获后，调整所述第二激光的激光功率，以使得所述液滴颗粒保持被光阱捕获的状态；
[0035]所述第二激光器、所述第二平面反光镜和所述第二移动凸透镜依次设置，以使得所述第二激光依次经过所述第二平面反光镜和所述第二移动凸透镜后入射至所述环境仓。
[0036]为达上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：
[0037]一种单液滴蒸发及传热速率的测量方法，应用于单液滴蒸发及传热速率的测量装置，所述测量方法包括：
[0038]在环境仓中形成满足预设条件的温湿度环境；所述预设条件包括预设温度和预设
湿度；
[0039]通过气溶胶液滴产生组件产生粒径气溶胶气流，并将所述粒径气溶胶气流输送至所述环境仓；所述粒径气溶胶气流包括多个液滴颗粒；
[0040]通过激光发射组件向所述环境仓分别发射第一激光和第二激光，以使得所述第一激光与所述第二激光在所述环境仓中汇聚以产生光阱；所述光阱用于捕获所述液滴颗粒，以使得所述液滴颗粒在所述环境仓中处于悬浮状态；
[0041]通过液滴蒸发观测组件观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸和液滴内部温度分布数据；
[0042]通过蒸发速率及传热效率计算部件根据多个所述粒径尺寸计算所述液滴颗粒的蒸发速率，以及根据多个所述液滴内部温度分布数据计算所述液滴颗粒的传热效率。
[0043]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0044]本专利技术提供了一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置及方法，在环境仓中形成满足预设温度和预设湿度的温湿度环境，通过气溶胶液滴产生组件产生粒径气溶胶气流，并将粒径气溶胶气流输送至环境仓；通过激光发射组件向环境仓分别发射第一激光和第二激光，以使得第一激光与第二激光在环境仓中汇聚以产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单液滴蒸发及传热速率的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：环境仓，用于产生满足预设条件的温湿度环境；所述预设条件包括预设温度和预设湿度；气溶胶液滴产生组件，与所述环境仓连通，用于产生粒径气溶胶气流，并将所述粒径气溶胶气流输送至所述环境仓；所述粒径气溶胶气流包括多个液滴颗粒；激光发射组件，用于向所述环境仓分别发射第一激光和第二激光，以使得所述第一激光与所述第二激光在所述环境仓中汇聚并产生光阱；所述光阱用于捕获所述液滴颗粒，以使得所述液滴颗粒在所述环境仓中处于悬浮状态；液滴蒸发观测组件，用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸和液滴内部温度分布数据；蒸发速率及传热效率计算部件，用于根据多个所述粒径尺寸计算所述液滴颗粒的蒸发速率，根据多个所述液滴内部温度分布数据计算所述液滴颗粒的传热效率。2.根据权利要求1所述的单液滴蒸发及传热速率的测量装置，其特征在于，所述激光发射组件包括第一激光发射子部件和第二激光发射子部件；所述第一激光发射子部件设置在所述环境仓的第一侧，所述第一激光发射子部件用于向所述环境仓发射第一激光；所述第二激光发射子部件设置在所述环境仓的第二侧，所述第二激光发射子部件用于所述环境仓发射第二激光；且所述环境仓的第一侧与所述环境仓的第二侧在水平方向上相对。3.根据权利要求2所述的单液滴蒸发及传热速率的测量装置，其特征在于，所述第一激光发射子部件包括第一激光控制器、第一激光器、第一平面反光镜和第一移动凸透镜；所述第一激光控制器与所述第一激光器连接，所述第一激光控制器用于：控制所述第一激光器产生第一激光；当所述液滴颗粒在所述环境仓中被光阱捕获后，调整所述第一激光的激光功率，以使得所述液滴颗粒保持被光阱捕获的状态；所述第一激光器、所述第一平面反光镜和所述第一移动凸透镜依次设置，以使得所述第一激光依次经过所述第一平面反光镜和所述第一移动凸透镜后入射至所述环境仓。4.根据权利要求3所述的单液滴蒸发及传热速率的测量装置，其特征在于，所述第一移动凸透镜用于将经过所述第一平面反光镜调整后的所述第一激光汇聚至所述环境仓的中心处。5.根据权利要求1所述的单液滴蒸发及传热速率的测量装置，其特征在于，所述液滴蒸发观测组件包括光学显微镜和微距镜红外摄像仪；所述光学显微镜用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻的粒径尺寸；所述微距镜红外摄像仪用于观测所述环境仓内，所述液滴颗粒在不同时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓燕，李光泽，陈龙飞，常刘勇，朱美印，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：