【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及颗粒体系分选，提供了微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置及方法。
技术介绍
1、颗粒物质是指由大量离散固体组成的复杂体系，其颗粒粒径大于1微米、间隙液体黏度较低且饱和度小于1。颗粒间的作用力以接触力为主，而颗粒的流体作用和热运动都比较弱。自然界中的土体、沙漠、泥石流；工业中的药片、矿石；生活中的咖啡、谷物；甚至宇宙中的星体碎片，交通道路中的汽车均等都是可以看作颗粒体系。
2、在人们不断发现新现象的同时，颗粒发生分离的动力学机制也已经成为物理学中非常热门的研究课题。近年来，对分离效应人们用了大量的实验与理论进行研究，通过不同的实验手段和分析方法来研究，包括直接观察、核磁共振成像、分子动力学、蒙特卡罗模拟等来揭示分离发生的原因以及不同分离构型相互转化的条件。到目前为止，研究发现分离现象产生的机制可能有尺寸效应、密度效应、边界摩擦和非弹性碰撞效应、间隙空气效应等，在一定范围内这些机制可以对分离现象作出解释。
3、但是还没有出现用一种机制就可以完全解释某种分离现象，更关键的是这些机制又极易受到外部条件的影响，比如，振动条件，材料本身性质，外部环境等，因此对分离现象形成机制的研究将仍然是一个需要深入的问题。正因为这些机制的复杂性和条件的多变性，要想将颗粒体系分选机理更好的应用在工业的颗粒分离等，就必须在实验研究中综合考虑和控制各种影响因素，克服不稳定性，寻找避免分离或产生颗粒分离的最佳参数组合，使实验结果在工业生产中得到再现。在重力作用下，颗粒物质的分离不仅和物质本身性质（如尺寸、密度等）有密
4、人类在地球上开展微重力实验需要利用微重力实验环境的设施。在地面上能够实现微重力环境的设施主要有：德国不来梅落塔、北京落塔、抛物线飞机和失重火箭等。
5、1）落塔的微重力水平较高，但是持续时间短，不来梅落塔和北京落塔都在秒的量级，相对于其他平台来说价格便宜，可重复次数多。
6、2）抛物线飞机的微重力水平涨落比较高，可提供的微重力持续时间一般为 20-30秒。
7、3）失重火箭的微重力环境可以达到分钟量级。空间站相对于其他微重力实验平台更加稳定，是最好的实验平台之一，但是由于其载荷资源有限且价格极其昂贵，使用较少。
8、此外在人类对太空不断地探索下，航空航天技术迅速发展，人们可以利用空间站，火箭搭载卫星等设施将其送往太空之中并在太空实现失重实验环境。
9、尽管大量的研究发现了许多颗粒物质分离的特殊现象，并且对粒径分离影响因素进行了细致的研究，提出了多种物理模型去解释颗粒粒径分离机制，但是还没有出现用一种机制就可以完全解释某种分离现象，更关键的是这些机制又极易受到外部条件的影响，比如，振动条件，材料本身性质，外部环境等，因此对分离现象形成机制的研究将仍然是一个需要深入的问题。正因为这些机制的复杂性和条件的多变性，要想将颗粒体系分选更好的应用在工业的颗粒分离等，就必须在实验研究中综合考虑和控制各种影响因素，克服不稳定性，寻找避免分离或产生颗粒分离的最佳参数组合，使实验结果在工业生产中得到再现。因此，有关零（微）重力颗粒粒径分离影响因素及相关理论机理的研究仍处于空白。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，旨在解决现有颗粒分选机理研究实验均在重力作用下进行，影响颗粒分选实验结果的因素众多且相互交叉影响，填补微重力或零重力下颗粒分选机理实验研究的空白，明晰颗粒分选效应的机理；以及微重力试验环境中，地球上的微重力实验室微重力持续时间短，而空间站资源有限、价格昂贵等问题。
2、本专利技术提供一种微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，包括往复剪切框架、摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构、控制器，所述往复剪切框架内部分割为多个独立且封闭的试样仓，所述摇摆机构连接往复剪切框架并驱动多个试样仓同步摇摆，所述搅拌机构安装在往复剪切框架上，所述叶片伸缩机构与搅拌机构连接，所述叶片伸缩机构可延展至试样仓内，在停止摇摆的状态下，所述搅拌机构带动已延展的叶片伸缩机构在试样仓内转动，所述控制器连接并控制摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构。
3、作为本专利技术的进一步改进，所述往复剪切框架包括顶板、底板、侧板、前盖、后盖、摇摆轴，所述前盖和后盖通过定位柱固定连接，所述顶板、底板、侧板的两侧分别与前盖、后盖密封且活动连接，多个所述侧板分别与顶板、底板铰接并组成多个试样仓，所述摇摆轴穿过侧板并与前盖、后盖固定。
4、作为本专利技术的进一步改进，所述摇摆机构包括摇摆电机、摇摆驱动轮、连杆，所述往复剪切框架上设有关节凸起，所述摇摆电机连接摇摆驱动轮，所述摇摆驱动轮上靠外侧设置有突笋，所述连杆的一端与突笋铰接，所述连杆的另一端与关节凸起铰接。
5、作为本专利技术的进一步改进，所述搅拌机构包括搅拌电机、搅拌轮，所述搅拌电机的输出端与搅拌轮连接，所述叶片伸缩机构与搅拌轮连接，所述搅拌轮对接试样仓。
6、作为本专利技术的进一步改进，所述叶片伸缩机构包括搅拌叶片、伸缩杆、伸缩齿轮、驱动齿轮、伸缩驱动电机，所述伸缩驱动电机连接驱动齿轮，所述伸缩杆的一端固定搅拌叶片，所述伸缩杆的另一端与伸缩齿轮的中心通过螺纹连接，所述驱动齿轮与至少一个伸缩齿轮啮合，所述搅拌叶片位于搅拌机构上。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述搅拌叶片的横截面为倒圆角的长方形。
8、作为本专利技术的进一步改进，微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置还包括振动器，所述振动器连接在往复剪切框架上。
9、作为本专利技术的进一步改进，微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置还包括悬挂机构，所述悬挂机构连接在往复剪切框架上。
10、本专利技术还提供微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验方法，包括以下步骤：
11、s1.通过货运飞船搭载微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，并运送到微重力或零重力的环境中；
12、s2.在微重力或零重力条件下，控制一个影响因素作为变量，其他影响因素作为定量，进行一轮对颗粒体系分选影响的试验；所述影响因素包括剪切速率、振动频率、振动加速度；
13、s3.重新把颗粒试样搅拌混合均匀，选定新的影响因素作为变量，并重复执行步骤s2以进行下一轮试验。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s2的试验类型包括：
15、s21.研究剪切速率对颗粒体系分选影响的试验：在其他条件不变的情况下，调整摇摆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，包括往复剪切框架、摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构、控制器，所述往复剪切框架内部分割为多个独立且封闭的试样仓，所述摇摆机构连接往复剪切框架并驱动多个试样仓同步摇摆，所述搅拌机构安装在往复剪切框架上，所述叶片伸缩机构与搅拌机构连接，所述叶片伸缩机构可延展至试样仓内，在停止摇摆的状态下，所述搅拌机构带动已延展的叶片伸缩机构在试样仓内转动，所述控制器连接并控制摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构。
2.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述往复剪切框架包括顶板、底板、侧板、前盖、后盖、摇摆轴，所述前盖和后盖通过定位柱固定连接，所述顶板、底板、侧板的两侧分别与前盖、后盖密封且活动连接，多个所述侧板分别与顶板、底板铰接并组成多个试样仓，所述摇摆轴穿过侧板并与前盖、后盖固定。
3.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述摇摆机构包括摇摆电机、摇摆驱动轮、连杆，所述往复剪切框架上设有关节凸起，所述摇摆电机连接摇摆驱动轮，所述摇摆驱动
4.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述搅拌机构包括搅拌电机、搅拌轮，所述搅拌电机的输出端与搅拌轮连接，所述叶片伸缩机构与搅拌轮连接，所述搅拌轮对接试样仓。
5.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述叶片伸缩机构包括搅拌叶片、伸缩杆、伸缩齿轮、驱动齿轮、伸缩驱动电机，所述伸缩驱动电机连接驱动齿轮，所述伸缩杆的一端固定搅拌叶片，所述伸缩杆的另一端与伸缩齿轮的中心通过螺纹连接，所述驱动齿轮与至少一个伸缩齿轮啮合，所述搅拌叶片位于搅拌机构上。
6.根据权利要求5所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述搅拌叶片的横截面为倒圆角的长方形。
7.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，还包括振动器，所述振动器连接在往复剪切框架上。
8.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，还包括悬挂机构，所述悬挂机构连接在往复剪切框架上。
9.微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验方法，其特征在于，所述步骤S2的试验类型包括：
...【技术特征摘要】
1.微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，包括往复剪切框架、摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构、控制器，所述往复剪切框架内部分割为多个独立且封闭的试样仓，所述摇摆机构连接往复剪切框架并驱动多个试样仓同步摇摆，所述搅拌机构安装在往复剪切框架上，所述叶片伸缩机构与搅拌机构连接，所述叶片伸缩机构可延展至试样仓内，在停止摇摆的状态下，所述搅拌机构带动已延展的叶片伸缩机构在试样仓内转动，所述控制器连接并控制摇摆机构、搅拌机构、叶片伸缩机构。
2.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述往复剪切框架包括顶板、底板、侧板、前盖、后盖、摇摆轴，所述前盖和后盖通过定位柱固定连接，所述顶板、底板、侧板的两侧分别与前盖、后盖密封且活动连接，多个所述侧板分别与顶板、底板铰接并组成多个试样仓，所述摇摆轴穿过侧板并与前盖、后盖固定。
3.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选往复剪切试验装置，其特征在于，所述摇摆机构包括摇摆电机、摇摆驱动轮、连杆，所述往复剪切框架上设有关节凸起，所述摇摆电机连接摇摆驱动轮，所述摇摆驱动轮上靠外侧设置有突笋，所述连杆的一端与突笋铰接，所述连杆的另一端与关节凸起铰接。
4.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗...
【专利技术属性】
技术研发人员：费建波，彭冬林，谭卫东，介玉新，陈湘生，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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