[发明专利]一种测量固体壁面波动液膜层平均厚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于测量固体壁面波动液膜层平均厚度的方法。

背景技术

在低表面温度喷雾冷却等液滴碰撞固体壁面过程中，冲击液滴会在固体表面形成一层薄液膜，液滴主要是与薄液膜层间发生相互作用。液膜层的厚度直接影响其与壁面间的换热效果以及液膜层内产生汽泡的行为特性。由于液滴撞击薄液膜层的过程随机性非常大，涉及到多相流、液滴碰撞、相变等多个复杂环节，因此在液膜形成过程中波动非常剧烈，要对波动液膜层的厚度进行定量测量是一项难度巨大的工作。迫切需要围绕液滴碰撞热固体壁面薄液膜层等进行系统深入研究，探索和发展微尺度下流动与传热过程新的实验技术与研究方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量固体壁面上波动液膜层平均厚度的方法。

为实现上述目的，本发明提供的测量固体壁面上波动液膜层平均厚度的方法，步骤如下：

a)采用放大摄影系统对液滴产生、开始撞击固体壁面、壁面上液膜厚度增加直到液膜厚度达到动态稳定的整个过程进行可视化拍摄；

b)定位液膜厚度在原始图片高度方向上的像素范围，对选定范围内的各像素点逐一读取，得到灰度级矩阵；计算灰度级矩阵中各列上不同行间的灰度级梯度，得到各列中灰度级骤然增加的像素点，该些像素点组成的曲线是液膜表面所对应的位置；

c)采用统计方法得到液膜表面以下区域的像素点总个数a₁；

d)计算固体壁面Y方向的像素点个数Nh；

e)液膜层平均厚度为a₁与Nh的比值。

所述的测量方法，其中，步骤b中定位液膜厚度在原始图片高度方向上的像素范围是由软件CamControl完成。

所述的测量方法，其中，步骤b中对选定范围内的各像素点逐一读取，得到灰度级矩阵，是由Matlab软件完成。

所述的测量方法，其中，步骤d中固体壁面Y方向的像素点个数Nh通过下式计算得到：

Nh=Σi=1i=5Nhi5]]>

式中，Nh_i为任意选取不同固体壁面高度处像素点个数。

所述的测量方法，其中，步骤e中液膜层平均厚度H通过下式计算得到：

H=λ(a1n-Nh)]]>

式中λ为单位像素对应的实际长度，mm/pixel；n为图片上行像素数。

本发明提供的方法可以用于系统研究液滴喷射启动时不同壁面温度下的液膜形成过程，揭示液膜达到动态稳定后流量和壁面温度对平均液膜厚度的影响规律。

附图说明

图1为本发明的液膜层平均厚度测量示意图；其中

(a)是原始图片，(b)是灰度矩阵，(c)是液膜平均厚度的测量。

图2为利用本发明方法测得的固体壁面液膜平均厚度及其变化。

具体实施方式

本发明提供的测量固体壁面上波动液膜层平均厚度的方法，步骤如下：

a)采用高速显微放大摄影系统对液滴产生、开始撞击固体壁面、壁面上液膜厚度增加直到液膜厚度达到动态稳定的整个过程进行可视化拍摄；

b)对高速摄影拍摄得到的照片进行图像处理，采用灰度级梯度法捕捉到液膜表面所对应的位置。然后确定液膜表面以下区域在图片上占据的像素点个数与固体壁面在高度方向占据的像素点个数，两者的比值即为波动液膜层的平均厚度。