纳米级固体粉末制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及纳米级固体粉末的制备装置，利用该装置制备的固体粉末颗粒可作为高超声速粒子图像测速实验的示踪粒子，属于航空航天实验技术领域。包括固体粉末与气流混合及初步冲击装置和气流粉碎及漩涡分离筛选装置；气流粉碎及漩涡分离筛选装置包括一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置。本实用新型专利技术装置成本低、稳定可靠、工艺简单；且为分块、分级和局部循环的结构形式，输入与输出之间形成了完全封闭式的结构，保证携带示踪粒子的气流能够稳定和流畅的运行。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及纳米级固体粉末的制备装置，利用该装置制备的固体粉末颗粒可作为高超声速粒子图像测速实验的示踪粒子，属于航空航天实验

技术介绍
风洞实验中的流动显示和流动测量技术性能的优劣直接影响到实验现象的观测和实验数据的获取，粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,以下简称PIV)作为一种非接触式的全场测量技术，将流动显示和流动测量技术相结合，其基本工作过程是在被测流场中均匀播撒特定浓度的示踪粒子，用脉冲激光器和片光源生成的片光照明流场，使用相机拍摄两次或多次曝光的流场图像，采用互相关法计算每个判读区内粒子群的统计平均位移，再根据激光器曝光时间间隔计算流场的二维速度。对于PIV技术而言，被研究的流体中示踪粒子的存在是必不可少的，这是因为示踪粒子会跟随流场一起运动，其运动情况能够反映出真实的流场信息。影响示踪粒子跟随性的主要参数是粒子的直径和密度，由于在粒子对流场的响应时间表达式中，密度为一次因子而直径为二次因子，因此获得低至微米量级甚至纳米量级的示踪粒子是粒子制备过程中的重点，同时也是难点。现阶段风洞实验中常用的示踪粒子有两类，一类是油雾示踪粒子，多采用将粘性较大脂类液体雾化成微小液滴的方法获得。这类粒子由于密度较低，直径较小，在低速和亚跨声速实验条件下跟随性较好，但对于高超声速风洞实验，其微米量级的粒径相对较大，经常在喷管喉道处附着到风洞壁面，对风洞造成污染，并且在强剪切气流、通过激波时其跟随性差，导致其在高超声速风洞实验中的使用受到限制。另一类是纳米固体粉末示踪粒子，为通过化学合成法和液相合成法生成的氧化物粉末颗粒，其原生粒径在十几到几十纳米的范围内，跟随性极好，适合于高超声速风洞实验。但是由于纳米固体粉末比表面能较大，极性较强，很容易团聚，难以分散，团聚后的固体粉末微团直径在微米量级，还有可能更大。如果采用普通流化床法不经过粉碎过程将团聚后的固体粉末微团直接向风洞中播撒，由于微团直径过高，会导致固体粉末微团的惯性较大和跟随性较差，引起一系列问题。比如，固体粉末微团无法进入边界层，在强剪切气流中存在滑移，在穿越激波结构时存在滞后现象而抹平激波结构，PIV测量结果将产生不可避免的误差等。因此如何通过一定方法使团聚后固体粉末微团足够粉碎并注入到实验段中，是纳米固体粉末不踪粒子应用到闻超声速风洞PIV实验中的关键。
技术实现思路
本技术提出纳米级固体粉末的制备装置，该装置可以对由原生纳米固体粉末颗粒团聚形成的固体粉末微团(以下称固体粉末)进行冲击和粉碎，得到纳米级固体粉末示踪粒子。本技术是通过以下技术方案实现的。本技术的纳米级固体粉末制备装置，包括固体粉末与气流混合及初步冲击装置和气流粉碎及漩涡分离筛选装置；固体粉末与气流混合及初步冲击装置包括圆柱罐体、圆盘顶盖、入口管道A和出口管道，入口管道A的末端带有喷嘴；入口管道A的入口处有调压阀，用于调节进入到圆柱罐体内的气流压力；圆柱罐体内的底层装有待粉碎的固体粉末；入口管道A穿过圆盘顶盖后其上的喷嘴进入到待粉碎的固体粉末中；出口管道的气流入口部位位于待粉碎的固体粉末的上方，出口管道穿过圆盘顶盖，出口管道的出口位于圆盘顶盖的上方；在出口管道上位于其出口部位和圆盘顶盖之间的部位可以安装冲击装置，冲击装置包括外套和内芯；外套为中空圆柱体，内芯为带有底面的中空圆柱体，其中空部分为中心通道；外套的内表面和内芯的外表面之间有缝隙，在内芯的底面上有入口 ；外套和内芯通过上螺纹固定连接；气流与固体粉末混合物流经冲击装置时会与内芯的底面外表面发生撞击，然后气流与固体粉末混合物沿缝隙流动，通过入口进入到中心通道，从中心通道流出冲击装置，最后从出口管道的出口流出；出口管道与外套通过下螺纹固定连接；圆柱罐体和圆盘顶盖通过螺栓固定连接，并用O型铜圈进行密封；四个入口管道A和三个出口管道分布在圆盘顶盖上；圆盘顶盖上设置有压力表接口 ；气流粉碎及漩涡分离筛选装置包括一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置；一级气流粉碎和漩涡分离装置为带有回流通道的圆柱罐体，其中心空腔为一级气流粉碎和漩涡分离腔；入口管道B从一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部穿过回流通道进入到一级气流粉碎和漩涡分离腔中，入口管道B的末端带有超音速喷嘴B ;入口管道B有三个，圆周均布在一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部；在回流通道顶部设置回流入口，回流入口均布在一级气流粉碎和漩涡分离腔的上部的侧壁中，在回流通道底部设置回流出口，与三个超音速喷嘴B均布在一级气流粉碎和漩涡分离腔的下部的侧壁中；一级气流粉碎和漩涡分离装置底部外侧对称设置清洁窗口并装有清洁窗口封盖，一级气流粉碎和漩涡分离腔出口部分为固体粉末排出通道，经过粉碎和漩涡分离的固体粉末与气流混合物由此排出进入一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置之间的中转通道；二级气流粉碎装置的上面部分为带有支座的空心罐体，其中心空腔为二级气流粉碎腔，二级气流粉碎腔的气流入口为音速喷嘴C，在二级气流粉碎装置侧壁的顶端为排出通道B，二级气流粉碎装置的下面部分为连接支座；一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置是通过连接支座使用螺栓固定连接，使用O型铜圈进行密封。本技术的纳米级固体粉末制备装置具有成本可控、稳定可靠和工艺简单等特点，其工作流程如下来流从入口管道A进入，在气流的带动下，待粉碎的固体粉末跟随气流从出口管道进入冲击装置，携带固体粉末的气流会与冲击装置发生碰撞，初步解决固体粉末团聚的问题；接下来携带固体粉末的气流进入入口管道B后经过超音速喷嘴B加速达到超音速，高速气流使固体粉末进一步粉碎；然后混合气流进入一级气流粉碎和漩涡分离腔内，固体粉末撞击分离腔内壁而更充分粉碎，同时在圆周均布的超音速喷嘴B的布局条件下会在一级气流粉碎和漩涡分离腔内形成强烈的漩涡，较大的固体粉末由于离心作用经过回流入口后通过回流通道从回流出口回到一级气流粉碎和漩涡分离腔的底部，再在入口管道B入口处的气流的作用下重新参与气流的粉碎和筛选；较小的固体粉末经过排出通道A后经中转通道从音速喷嘴C进入到二级气流粉碎腔，再次经过气流的粉碎，从排出通道B排出，得到符合高超声速PIV实验要求的固体粉末颗粒。有益效果本技术装置成本低、稳定可靠、工艺简单；且为分块、分级和局部循环的结构形式，输入与输出之间形成了完全封闭式的结构，保证携带示踪粒子的气流能够稳定和流畅的运行。附图说明图1-1为固体粉末与气流混合及初步冲击装置示意图；图1-2为固体粉末与气流混合及初步冲击装置俯视图；图2-1为气流粉碎及漩涡分离筛选装置示意图；图2-2为气流粉碎及漩涡分离筛选装置俯视图；图2-3为图2-1的B-B截面图；图2-4为图2-1的C-C截面图；图2-5为图2-1的D-D截面图；图3为冲击装置结构示意图；其中，1-入口管道A，2-出口管道，3-圆柱罐体，4-喷嘴A，5-待粉碎的固体粉末，6-冲击装置，7-调节阀，8-圆盘顶盖，9-压力表接口，10-回流通道，11-一级气流粉碎和漩涡分离腔，12-入口管道B，13-超音速喷嘴B，14-排出通道A，15-回流入口，16-回流出口，17-圆柱罐体，18-中转通道，19- 二级气流粉碎腔，20-音速喷嘴C，21-排出通道B，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米级固体粉末制备装置，其特征在于：包括固体粉末与气流混合及初步冲击装置和气流粉碎及漩涡分离筛选装置；?固体粉末与气流混合及初步冲击装置包括圆柱罐体(3)、圆盘顶盖(8)、入口管道A(1)和出口管道(2)，入口管道A(1)的末端带有喷嘴(4)；?圆柱罐体(3)内的底层装有待粉碎的固体粉末(5)；入口管道A(1)穿过圆盘顶盖(8)后其上的喷嘴(4)进入到待粉碎的固体粉末(5)中；出口管道(2)的气流入口部位位于待粉碎的固体粉末(5)的上方，出口管道(2)穿过圆盘顶盖(8)，出口管道(2)的出口部位位于圆盘顶盖(8)的上方；?圆柱罐体(3)和圆盘顶盖(8)通过螺栓固定连接，并用O型铜圈进行密封；四个入口管道A(1)和三个出口管道(2)分布在圆盘顶盖(8)上；?气流粉碎及漩涡分离筛选装置包括一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置；一级气流粉碎和漩涡分离装置为带有回流通道(10)的圆柱罐体(17)，其中心空腔为一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)；入口管道B(12)从一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部穿过回流通道(10)进入到一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)中，入口管道B(12)的末端带有超音速喷嘴B(13)；入口管道B(12)有三个，圆周均布在一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部；在回流通道(10)顶部设置回流入口(15)，回流入口(15)均布在一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)的上部的侧壁中，在回流通道(10)底部设置回流出口(16)，与三个超音速喷嘴B(13)均布在一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)的下部的侧壁中；?一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)出口部分为固体粉末排出通道(14)，经过粉碎和漩涡分离的固体粉末与气流混合物由此排出进入一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置之间的中转通道(18)；?二级气流粉碎装置的上面部分为带有支座的空心罐体(25)，其中心空腔为二级气流粉碎腔(19)，二级气流粉碎腔(19)的气流入口为音速喷嘴C(20)，在二级气流粉碎装置侧壁的顶端为排出通道B(21)，二级气流粉碎装置的下面部分为连接支座(22)；?一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置是通过连接支座(22)?使用螺栓固定连接，使用O型铜圈进行密封。...

【技术特征摘要】
1.纳米级固体粉末制备装置，其特征在于包括固体粉末与气流混合及初步冲击装置和气流粉碎及漩涡分离筛选装置； 固体粉末与气流混合及初步冲击装置包括圆柱罐体(3)、圆盘顶盖(8)、入口管道A(I)和出口管道(2)，入口管道A(I)的末端带有喷嘴⑷； 圆柱罐体⑶内的底层装有待粉碎的固体粉末(5);入口管道A(I)穿过圆盘顶盖(8)后其上的喷嘴(4)进入到待粉碎的固体粉末(5)中；出口管道(2)的气流入口部位位于待粉碎的固体粉末(5)的上方，出口管道(2)穿过圆盘顶盖(8)，出口管道(2)的出口部位位于圆盘顶盖(8)的上方； 圆柱罐体(3)和圆盘顶盖(8)通过螺栓固定连接，并用O型铜圈进行密封；四个入口管道A(I)和三个出口管道⑵分布在圆盘顶盖⑶上； 气流粉碎及漩涡分离筛选装置包括一级气流粉碎和漩涡分离装置和二级气流粉碎装置；一级气流粉碎和漩涡分离装置为带有回流通道(10)的圆柱罐体(17)，其中心空腔为一级气流粉碎和漩涡分离腔(11);入口管道B (12)从一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部穿过回流通道(10)进入到一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)中，入口管道B (12)的末端带有超音速喷嘴B(13);入口管道B(12)有三个，圆周均布在一级气流粉碎和漩涡分离装置的底部；在回流通道(10)顶部设置回流入口(15)，回流入口(15)均布在一级气流粉碎和漩涡分离腔(11)的上部的侧壁中，在回流通道(10)底部设置回流出口(16)，与三个超音速喷嘴B(13)均布在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄湛，王宏伟，陈丁，郭孝国，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：实用新型
国别省市：