微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统及实验方法，涉及细颗粒碰撞实验技术领域。该系统包括微米级颗粒供给单元、覆层制备单元、撞击平台单元和录像单元；微米级颗粒供给单元，用于提供与覆层进行撞击的微米级颗粒，该单元包括颗粒注射器、固定式喷射管、质量流量计和气瓶；覆层制备单元，用于制备实验所需的覆层，该单元包括粉末压片机和定制模具；撞击平台单元，用于进行微米级颗粒和覆层的碰撞实验，该单元包括若干具有不同高度的增高块、XYZ轴微调平台、固定架和模具放置台；录像单元，用于录制微米级颗粒与覆层碰撞时的图像，该单元包括计算机、摄像机和光源。摄像机和光源。摄像机和光源。

【技术实现步骤摘要】
微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统及实验方法


[0001]本专利技术涉及细颗粒碰撞实验
，尤其涉及微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统及实验方法。

技术介绍

[0002]细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，它广泛存在于自然界中，其来源有很多种，但危害较大的细颗粒物大部分来自人为源，例如：各种燃料燃烧源、交通工具尾气等。细颗粒物会随空气和其他介质移动，并在条件适宜的物体表面附着、沉积，这种现象称为细颗粒物沉积。细颗粒物沉积现象广泛存在于工业生产中，且细颗粒物的沉积往往具有负面作用。例如：锅炉换热管外壁积灰导致传热效率下降甚至传热恶化、光伏电池板表面因积灰导致光通量降低进而导致输出功率降低、机电系统内积灰可能会导致传动受阻或电路故障等。
[0003]为了解决细颗粒物的沉积，人们通常从表征微观尺度颗粒间相互作用的力
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位移关系式出发，研究细颗粒物与用来模拟细颗粒沉积后形成的颗粒层的人造覆层之间的相互作用机理，来明确细颗粒物产生沉积的原因，因此设计一种进行微米尺度细颗粒物撞击不同种类覆层实验的实验系统及实验方法来分析细颗粒物碰撞接触动力学是十分必要的。
[0004]当前，利用实验台研究细颗粒物与各表面的碰撞时，一般采取的方法是让细颗粒物与某种材料的洁净表面进行碰撞或让细颗粒物与材料表面的覆层进行碰撞，其中，在研究细颗粒物与覆层碰撞时需要制备稳定的覆层，一般采用在材料表面直接铺设用于制备覆层的颗粒的方法进行制备，这种方式制备的覆层种类较为单一，并且制备出的覆层不够紧密和稳定，致使覆层在受到撞击时不够稳定。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的问题是针对上述现有技术的不足，提供一种微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统及实验方法，以解决覆层种类较为单一且不够紧密和稳定的问题。
[0006]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，该系统包括微米级颗粒供给单元、覆层制备单元、撞击平台单元和录像单元；
[0008]所述微米级颗粒供给单元，用于提供与覆层进行撞击的微米级颗粒，该单元包括颗粒注射器、固定式喷射管、质量流量计和气瓶；所述气瓶与质量流量计的一个端口通路连接，质量流量计的另一端口与固定式喷射管通路连接；所述固定式喷射管固定于所述撞击平台单元上；所述颗粒注射器通过三通管件连接在质量流量计与固定式喷射管之间；
[0009]所述覆层制备单元，用于制备实验所需的覆层；该单元包括粉末压片机和具有特定深度装载空间的定制模具；所述粉末压片机用于将预定粒径的颗粒压入所述定制模具中；所述定制模具，用于在其装载空间中装载粉末压片机压入的预定粒径的颗粒以形成覆层；
[0010]所述撞击平台单元，用于进行微米级颗粒和覆层的碰撞实验，该单元包括若干具有不同高度的增高块、XYZ轴微调平台和固定架；所述增高块和XYZ轴微调平台通过固定架固定设置；所述若干具有不同高度的增高块用于粗调定制模具上形成的覆层到固定式喷射管管口的距离；所述XYZ轴微调平台用于精调带有覆层的定制模具上形成的覆层与固定式喷射管管口之间的距离和位置，使固定式喷射管管口对准覆层中心；
[0011]所述录像单元，用于录制微米级颗粒与覆层碰撞时的图像，该单元包括计算机、摄像机和光源；所述摄像机与计算机电性连接，二者放置于所述撞击平台单元的一侧，使带有覆层的定制模具出现在所述摄像机视野内；所述光源置于撞击平台单元的另一侧，用于照亮撞击区域。
[0012]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述覆层制备单元包括若干具有特定倾斜角度的倾斜表面及在倾斜表面上具有特定深度装载空间的定制模具，每一所述定制模具，用于在其倾斜表面的装载空间中装载粉末压片机压入的预定粒径的颗粒以形成所需倾斜角度和厚度的覆层。
[0013]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述撞击平台单元还包括若干具有不同倾斜度顶面的模具放置台，所述模具放置台的顶面用于固定所述定制模具。
[0014]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述固定架包括固定架上端面、固定架支架和固定架下端面；所述固定架上端面和固定架下端面平行于水平面，并通过垂直于地面的固定架支架刚性连接。
[0015]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述增高块放置于XYZ轴微调平台与固定架下端面之间。
[0016]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述固定架上端面中心开设有中心孔，所述固定式喷射管从该中心孔插入固定。
[0017]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，所述摄像机、定制模具和光源共线。
[0018]采用所述的微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统的微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验方法，该方法包括如下步骤：
[0019]步骤1使用粉末压片机将实验规定粒径的颗粒分别压入若干定制模具中制成具有不同倾斜角度和不同厚度的覆层；
[0020]步骤2利用XYZ轴微调平台调整带有覆层的定制模具的高度及位置，使覆层与固定式喷射管管口之间的距离为实验所需的距离，并使固定式喷射管管口对准覆层中心；
[0021]步骤3将摄像机与计算机连接；
[0022]步骤4在计算机上操作摄像机的配套控制软件来设置摄像机参数并调整摄像机的位置，使屏幕中呈现带有覆层的定制模具的图象，并且调整光源，使拍摄区域内成像清晰；
[0023]步骤5将用于撞击覆层的颗粒放入颗粒注射器内；
[0024]步骤6打开气瓶气阀，调整气流流量；
[0025]步骤7待气流达到实验所需的规定流速且稳定输出后，点击摄像机的拍摄按钮，开始进行拍摄；
[0026]步骤8开始拍摄后，使用颗粒注射器快速注射颗粒，使气体与颗粒进行混合变为混
合颗粒的气体；
[0027]步骤9观察计算机上显示的颗粒与覆层碰撞过程的实时图像，待混合颗粒的气体全部射出后，点击摄像机的停拍按钮，完成记录；
[0028]步骤10观察回放图像，若捕捉到颗粒与覆层碰撞的完整过程，则执行步骤11；若未能捕捉到颗粒与覆层碰撞的完整过程，则清理覆层表面的颗粒并返回步骤5，若经过预设次数返回步骤5后仍未能捕捉到颗粒与覆层碰撞的完整过程，则返回步骤1重新进行实验，直至捕捉到颗粒与覆层碰撞的完整过程；
[0029]步骤11将所得图像留存，以供后续处理，实验结束。
[0030]进一步地，根据所述微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验方法，所述调整定制模具的高度及位置的方法为：通过替换不同高度的增高块粗调定制模具上覆层到固定式喷射管管口的距离，通过XYZ轴微调平台精调覆层距离固定式喷射管管口的距离和位置。
[0031]本专利技术采用的技术方案与现有技术相比，具有以下的技术效果：
[0032]本专利技术通过粉末压片机和定制模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，其特征在于，该系统包括微米级颗粒供给单元、覆层制备单元、撞击平台单元和录像单元；所述微米级颗粒供给单元，用于提供与覆层进行撞击的微米级颗粒，该单元包括颗粒注射器、固定式喷射管、质量流量计和气瓶；所述气瓶与质量流量计的一个端口通路连接，质量流量计的另一端口与固定式喷射管通路连接；所述固定式喷射管固定于所述撞击平台单元上；所述颗粒注射器通过三通管件连接在质量流量计与固定式喷射管之间；所述覆层制备单元，用于制备实验所需的覆层；该单元包括粉末压片机和具有特定深度装载空间的定制模具；所述粉末压片机用于将预定粒径的颗粒压入所述定制模具中；所述定制模具，用于在其装载空间中装载粉末压片机压入的预定粒径的颗粒以形成覆层；所述撞击平台单元，用于进行微米级颗粒和覆层的碰撞实验，该单元包括若干具有不同高度的增高块、XYZ轴微调平台和固定架；所述增高块和XYZ轴微调平台通过固定架固定设置；所述若干具有不同高度的增高块用于粗调定制模具上形成的覆层到固定式喷射管管口的距离；所述XYZ轴微调平台用于精调带有覆层的定制模具上形成的覆层与固定式喷射管管口之间的距离和位置，使固定式喷射管管口对准覆层中心；所述录像单元，用于录制微米级颗粒与覆层碰撞时的图像，该单元包括计算机、摄像机和光源；所述摄像机与计算机电性连接，二者放置于所述撞击平台单元的一侧，使带有覆层的定制模具出现在所述摄像机视野内；所述光源置于撞击平台单元的另一侧，用于照亮撞击区域。2.根据权利要求1所述的微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，其特征在于，所述覆层制备单元包括若干具有特定倾斜角度的倾斜表面及在倾斜表面上具有特定深度装载空间的定制模具，每一所述定制模具，用于在其倾斜表面的装载空间中装载粉末压片机压入的预定粒径的颗粒以形成所需倾斜角度和厚度的覆层。3.根据权利要求1所述的微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，其特征在于，所述撞击平台单元还包括若干具有不同倾斜度顶面的模具放置台，所述模具放置台的顶面用于固定所述定制模具。4.根据权利要求1所述的微米级颗粒与可控覆层表面碰撞的实验系统，其特征在于，所述固定架包括固定架上端面、固定架支架和固定架下端面；所述固定架上端面和固定架下端面平行于水平面，并通过垂直于地面...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢俊，边金林，马昊东，邵宏勋，张航，桂玉双，付峥，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：