【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及颗粒体系分选，特别涉及微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置及方法。
技术介绍
1、颗粒体系是指尺寸在1微米以上，并忽略布朗运动的影响，由大量性质近似相同、彼此相互联系的离散固体颗粒所组成的聚集体。颗粒体系是指颗粒的聚集体，这一体系中通常也会涉及气体、液体等工业过程中的其它物质相。颗粒体系在自然界和工业生产中，存在着多种多样的形式，如矿石、煤炭、谷物、沙子、大米、豆类、粉末、纳米颗粒等。颗粒材料是除水之外，人类使用最多的材料类型。超过70%的工业成品和中间产品都是颗粒材料。
2、颗粒物质有一些独特的性质，例如它可以像固体一样承受形变，像液体一样流动，或者像气体一样被压缩。颗粒物质在受到外界力或内部压力的影响时，会呈现出介于流体和固体之间的运动方式。如果只看单个颗粒，可以用经典力学的方法来分析它的运动情况。但是如果看整个颗粒堆，它的流动现象就变得非常复杂了，不能用固体、液体或气体的理论来解释。颗粒堆有时候又表现出固体、液体或气体的一些特点。颗粒物质的行为受到颗粒间、颗粒与流体间的相互作用力的影响，这些力在不同的时间和长度尺度上有不同的表现。
3、颗粒体系分选机理是指颗粒材料在受到外力作用时，由于颗粒之间的差异（如尺寸、形状、密度、电荷等），导致颗粒在空间上的分布发生变化的过程。颗粒体系分选机理研究领域是一门涉及多个学科的交叉学科，对于理解和控制颗粒材料的性能和行为具有重要意义。
4、颗粒物质在重力作用下的分离与其自身的性质（如尺寸、密度等）密切相关，同时也受到体系内部间隙空气、
5、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。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。
6、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。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。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。
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的环剪试验装置及方法，旨在解决没有零（微）重力颗粒分选的研究，克服影响颗粒分选试验的因素众多且相互交叉影响。同时，地球上的微重力实验室微重力持续时间短，空间站资源有限、价格昂贵，导致实验条件不足等问题。
2、本专利技术提供一种微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，包括环剪框架、内筒、底板、压盖、伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构、控制器，所述环剪框架和内筒之间形成容纳试样的试验腔室，所述压盖设置在试验腔室的顶部，所述底板设置在试验腔室的底部，所述底板驱动机构与底板连接并驱动底板沿试验腔室底部旋转，所述压盖施压机构与压盖连接并驱动压盖向试样施压，所述伸缩搅拌机构连接在内筒，所述伸缩搅拌机构可延展至试验腔室内，所述内筒驱动机构与内筒连接并驱动内筒旋转，所述控制器连接并控制伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构。
3、作为本专利技术的进一步改进，所述底板驱动机构包括底板驱动电机、第一齿轮、第二齿轮，所述底板驱动电机安装在环剪框架上，所述底板驱动电机的输出轴连接第一齿轮，所述第二齿轮固定在底板上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。
4、作为本专利技术的进一步改进，所述环剪框架底部中心有向上突出的台阶轴，所述底板与台阶轴活动连接，所述底板驱动电机驱动底板绕台阶轴旋转。
5、作为本专利技术的进一步改进，所述压盖施压机构包括施压杆、压力监测组件、施压驱动电机，所述施压驱动电机安装在环剪框架上，所述施压杆一端与压盖固定连接，所述施压杆另一端通过压力监测组件与施压驱动电机连接，所述施压驱动电机通过施压杆作用到压盖上以压紧试样。
6、作为本专利技术的进一步改进，所述压力监测组件包括带有刻度的第三齿轮、第一蜗杆、施压弹簧，所述第一蜗杆连接在施压驱动电机的输出轴上，所述第三齿轮与第一蜗杆啮合，所述第三齿轮的中心与施压杆配合连接，所述施压弹簧的两端分别抵接第三齿轮和压盖。
7、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的环剪试验装置包括内置有离合器的伸缩驱动电机，所述伸缩驱动电机安装在环剪框架上，所述伸缩搅拌机构包括搅拌棒、驱动轴、伸缩控制组件，所述内筒内部连接有多个伸缩控制组件，每个所述伸缩控制组件均连接有搅拌棒，所述驱动轴连接多个伸缩控制组件，所述伸缩驱动电机的输出端连接驱动轴，所述伸缩驱动电机通过驱动轴同步驱动多个伸缩控制组件，以同步控制多个搅拌棒的伸缩。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述伸缩控制组件包括伸缩驱动轮、伸缩从动轮、伸缩杆，所述伸缩驱动轮的中心固定在驱动轴上，所述伸缩从动轮安装在内筒上，所述伸缩杆的一端与伸缩从动轮螺纹连接，所述伸缩杆的另一端固定搅拌棒，所述伸缩驱动轮与伸缩从动轮配合对接。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述试验腔室在高度方向上设有多层搅拌区域，每层所述搅拌区域内至少对应有一组伸缩控制组件和搅拌棒。
10、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的环剪试验装置还包括振动器，所述振动器连接在环剪框架上。
11、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的环剪试验装置还包括弹性的悬挂机构，所述悬挂机构连接在环剪框架上。
12、本专利技术还提供一种微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验方法，包括以下步骤：
13、s1.通过货运飞船搭载微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，并运送到微重力或零重力的环境中；
14、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、围压、振动频率、振动加速度；
15、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。
16、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：
17、s21.研究剪切速率对颗粒体系分选影响的试验本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，包括环剪框架、内筒、底板、压盖、伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构、控制器，所述环剪框架和内筒之间形成容纳试样的试验腔室，所述压盖设置在试验腔室的顶部，所述底板设置在试验腔室的底部，所述底板驱动机构与底板连接并驱动底板沿试验腔室底部旋转，所述压盖施压机构与压盖连接并驱动压盖向试样施压，所述伸缩搅拌机构连接在内筒，所述伸缩搅拌机构可延展至试验腔室内，所述内筒驱动机构与内筒连接并驱动内筒旋转，所述控制器连接并控制伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构。
2.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述底板驱动机构包括底板驱动电机、第一齿轮、第二齿轮，所述底板驱动电机安装在环剪框架上，所述底板驱动电机的输出轴连接第一齿轮，所述第二齿轮固定在底板上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述环剪框架底部中心有向上突出的台阶轴，所述底板与台阶轴活动连接，所述底板驱动电机
4.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述压盖施压机构包括施压杆、压力监测组件、施压驱动电机，所述施压驱动电机安装在环剪框架上，所述施压杆一端与压盖固定连接，所述施压杆另一端通过压力监测组件与施压驱动电机连接，所述施压驱动电机通过施压杆作用到压盖上以压紧试样。
5.根据权利要求4所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述压力监测组件包括带有刻度的第三齿轮、第一蜗杆、施压弹簧，所述第一蜗杆连接在施压驱动电机的输出轴上，所述第三齿轮与第一蜗杆啮合，所述第三齿轮的中心与施压杆配合连接，所述施压弹簧的两端分别抵接第三齿轮和压盖。
6.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，包括内置有离合器的伸缩驱动电机，所述伸缩驱动电机安装在环剪框架上，所述伸缩搅拌机构包括搅拌棒、驱动轴、伸缩控制组件，所述内筒内部连接有多个伸缩控制组件，每个所述伸缩控制组件均连接有搅拌棒，所述驱动轴连接多个伸缩控制组件，所述伸缩驱动电机的输出端连接驱动轴，所述伸缩驱动电机通过驱动轴同步驱动多个伸缩控制组件，以同步控制多个搅拌棒的伸缩。
7.根据权利要求6所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述伸缩控制组件包括伸缩驱动轮、伸缩从动轮、伸缩杆，所述伸缩驱动轮的中心固定在驱动轴上，所述伸缩从动轮安装在内筒上，所述伸缩杆的一端与伸缩从动轮螺纹连接，所述伸缩杆的另一端固定搅拌棒，所述伸缩驱动轮与伸缩从动轮配合对接。
8.根据权利要求6所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述试验腔室在高度方向上设有多层搅拌区域，每层所述搅拌区域内至少对应有一组伸缩控制组件和搅拌棒。
9.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，还包括振动器，所述振动器连接在环剪框架上。
10.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，还包括弹性的悬挂机构，所述悬挂机构连接在环剪框架上。
11.微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验方法，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的环剪试验装置，其特征在于，包括环剪框架、内筒、底板、压盖、伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构、控制器，所述环剪框架和内筒之间形成容纳试样的试验腔室，所述压盖设置在试验腔室的顶部，所述底板设置在试验腔室的底部，所述底板驱动机构与底板连接并驱动底板沿试验腔室底部旋转，所述压盖施压机构与压盖连接并驱动压盖向试样施压，所述伸缩搅拌机构连接在内筒，所述伸缩搅拌机构可延展至试验腔室内，所述内筒驱动机构与内筒连接并驱动内筒旋转，所述控制器连接并控制伸缩搅拌机构、内筒驱动机构、底板驱动机构、压盖施压机构。
2.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述底板驱动机构包括底板驱动电机、第一齿轮、第二齿轮，所述底板驱动电机安装在环剪框架上，所述底板驱动电机的输出轴连接第一齿轮，所述第二齿轮固定在底板上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述环剪框架底部中心有向上突出的台阶轴，所述底板与台阶轴活动连接，所述底板驱动电机驱动底板绕台阶轴旋转。
4.根据权利要求1所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述压盖施压机构包括施压杆、压力监测组件、施压驱动电机，所述施压驱动电机安装在环剪框架上，所述施压杆一端与压盖固定连接，所述施压杆另一端通过压力监测组件与施压驱动电机连接，所述施压驱动电机通过施压杆作用到压盖上以压紧试样。
5.根据权利要求4所述微重力或零重力下颗粒体系分选的环剪试验装置，其特征在于，所述压力监测组件包括带有刻度的第三齿轮、第一蜗杆、施压弹簧，所述第一蜗杆连接在施压驱动电机的输出轴上，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：费建波，钟炬柱，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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