一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置及测试方法

本发明涉及液滴撞击观测，具体涉及一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置及测试方法。

背景技术：

1、液滴撞击现象广泛存在于自然界和工业生产中，如雨滴撞击地面、喷墨打印、农药喷洒等。这些过程中，液滴与撞击表面之间的相互作用对最终效果有着重要影响。目前对于液滴撞击的研究大多侧重于液滴撞击的参数变化以及液滴撞击后子液滴形态变化的分布。液滴撞击表面是一个复杂的物理过程，涉及到流体动力学、固体表面物理和空气动力学等多个学科。近年来，随着实验技术和计算模拟方法的不断进步，液滴撞击领域的研究取得了显著进展。研究者们通过实验观测、理论分析和数值模拟等多种手段，对液滴撞击的物理机制、影响因素和应用进行了深入研究。其中，高速摄影技术和计算流体力学模拟成为了研究液滴撞击过程的重要工具。同时，纳米技术、生物技术等领域的发展也为液滴撞击技术的研究提供了新的思路和手段。

2、目前，液滴撞击的实验主要集中在描述液滴撞击表面的动力学行为上，但在描述复杂液滴形态以及液体与固体表面之间的相互作用等方面存在局限性。液滴撞击的实验装置不完善导致的实验结果与理论预测之间存在一定差异，难以准确描述液滴撞击过程中发生物理现象。在实验技术方面，液滴撞击的研究受到多种因素的限制。例如，高速摄像技术虽然能够捕捉到液滴撞击瞬间的动态过程，但对于更细微的液滴变形、飞溅等现象的观察仍然存在困难；实验条件的控制也是一个挑战，如温度、湿度、气压等环境因素的变化都可能对实验结果产生影响，仍存在很大的改进空间。

3、鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决目前液滴撞击的实验装置的不完善导致实验结果与理论预测之间存在一定的差异，难以准确描述液滴撞击过程中发生物理现象的问题，提供了一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置及测试方法。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，包括滴液机构、隔热保温箱、加热台、气压调控机构和监测机构，所述滴液机构包括恒温注射泵、调控针头以及升降台，能够有效控制液滴直径和高度，且调控针头不易堵塞，所述恒温注射泵与所述调控针头通过水管连接，所述升降台将所述水管托起，所述调控针头和加热台设于所述隔热保温箱内部，所述加热台设于所述调控针头下方；

3、所述气压调控机构包括进气系统与压力传感器，所述进气系统与所述隔热保温箱连接，所述压力传感器用于监控所述隔热保温箱内部压力，能够调控液滴撞击气压环境；

4、所述监测机构用于检测热电偶对液滴撞击的表面加热台温度变化和液滴撞击的形态分布，并对其进行分析。

5、所述调控针头包括固定针栓、配套的螺栓螺母、针梗圆盘组，所述固定针栓与所述水管连接，所述针梗圆盘组设于所述固定针栓下部，所述针梗圆盘组包括多个针梗圆盘，多个所述针梗圆盘上下堆叠，通过所述配套的螺栓螺母连接，多个所述针梗圆盘均与所述固定针栓同轴。

6、所述水管的端部套设安装有密封胶环，所述密封胶环与固定针栓的外上部接触。

7、所述固定针栓的下侧具有外环部，所述针梗的上侧具有内环部，且所述内环部转动安装于外环部的内侧，所述外环部上螺纹连接有卡扣螺丝。

8、所述升降台包括竖板与托环，所述竖板通过旋转固定螺丝固定于升降台，所述托环固定于竖板的上侧，且所述托环用于支撑水管。

9、所述气压调控机构还包括氮气罐、空气压缩机、压强调节阀、压力传感器、以及背压阀，所述氮气罐、空气压缩机、气体增压泵、高压储气罐、压强调节阀、安全阀、压力传感器、以及背压阀依次通过气管连通，氮气罐可更换成其它气罐。

10、所述监测机构包括调控电脑、高速相机以及pc端；其中：

11、所述调控电脑用于热电偶对液滴的撞击的表面加热台的温度进行监测；

12、所述高速相机与pc端用于对撞击的液滴进行监测，并将监测到的数据传输至pc端，所述pc端对数据进行处理。

13、所述高速相机的对立面还设置有光源与毛玻璃，所述毛玻璃位于光源的前方。

14、本发明还公开了使用上述可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置的测试方法，包括以下步骤：

15、s1，使用所述滴液机构，对所述可调节液滴直径的液滴撞击实验，使得所述液滴撞击固体表面；

16、s2，在所述液滴被撞击的全过程，通过所述高速相机进行监测，并将监测到的数据传输至pc端，所述pc端对数据进行处理。

17、所述步骤s1中，采用气压调控机构，加大所述液滴撞击固体表面的温度和压强的调控，直至所述液滴撞击固体表面。

18、与现有技术比较本发明的有益效果在于：

19、1、通过旋转针梗圆盘，使得水管与不同的针头对接连通，而生成不同直径的液滴来进行液滴撞击实验；此外通过调节连接在恒温注射泵上的加热器，可以改变实验中用来撞击液滴的温度，以及流量控制液滴流速，进而方便的更改实验中的各项变量，降低常规实验装置中调节变量时产生的误差；

20、2、通过光源与毛玻璃结合提供背景光源，高速相机可拍摄到清晰的液滴破碎图像用于液滴破碎过程的形态分析。

技术特征：

1.一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，包括滴液机构、隔热保温箱、加热台、气压调控机构和监测机构，所述滴液机构包括恒温注射泵、调控针头以及升降台，所述恒温注射泵与所述调控针头通过水管连接，所述升降台将所述水管托起，所述调控针头和加热台设于所述隔热保温箱内部，所述加热台设于所述调控针头下方；

2.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述调控针头包括固定针栓、配套的螺栓螺母、针梗圆盘组，所述固定针栓与所述水管末端连接，所述针梗圆盘组设于所述固定针栓下部，所述针梗圆盘组包括多个针梗圆盘，多个所述针梗圆盘同轴心平行依次堆叠，通过所述配套的螺栓螺母两端固定，多个所述针梗圆盘均与所述固定针栓同轴。

3.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述水管的端部套设安装有密封胶环，所述密封胶环与固定针栓的外上部接触。

4.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述固定针栓的下侧具有外环部，所述针梗的上侧具有内环部，且所述内环部转动安装于外环部的内侧，所述外环部上螺纹连接有卡扣螺丝。

5.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述升降台包括竖板与托环，所述竖板通过旋转固定螺丝固定于升降台，所述托环固定于竖板的上侧，且所述托环用于支撑水管。

6.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述气压调控机构还包括氮气罐、空气压缩机、压强调节阀、压力传感器、以及背压阀，所述氮气罐、空气压缩机、气体增压泵、高压储气罐、压强调节阀、安全阀、压力传感器、以及背压阀依次通过气管连通。

7.如权利要求1所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述监测机构包括调控电脑、高速相机以及pc端；其中：

8.如权利要求7所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置，其特征在于，所述高速相机的对立面还设置有光源与毛玻璃，所述毛玻璃位于光源的前方。

9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置的测试方法，其特征在于，所述步骤s1中，采用气压调控机构，加大所述液滴撞击固体表面的温度和压强的调控，直至所述液滴撞击固体表面。

技术总结本发明涉及液滴撞击观测技术领域，具体涉及一种可调节针头孔径大小的液滴撞击实验装置及测试方法，本装置包括滴液机构、隔热保温箱、加热台、气压调控机构和监测机构，滴液机构包括恒温注射泵、调控针头以及升降台，能够有效控制液滴直径和高度，且调控针头不易堵塞；气压调控机构用于控制隔热保温箱填充气体种类和压强大小，监测机构用于检测热电偶对液滴撞击的表面加热台温度变化和液滴撞击的形态分布，通过调节连接在恒温注射泵的加热器，可以改变实验中用来滴落液滴的温度以及控制液滴流速。本发明的目的在于解决目前液滴撞击实验装置不完善导致的实验结果与理论预测之间存在一定差异，难以准确描述液滴撞击过程中发生物理现象的问题。技术研发人员：楚化强,周相君,高健,许年,邱冰冰受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18