[发明专利]一种液滴碰壁实验装置及方法

权利要求书

1.一种液滴碰壁实验装置，该实验装置包括：液滴注射系统、加热系统、可视化系统以及信号控制系统，其特征在于：加热系统包括可改变倾斜角度的倾斜台(9)，倾斜台(9)上放置可改变加热温度的恒温加热平台(7)。

2.根据权利要求1所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：液滴注射系统包括支撑液滴注射系统的支架(1)、设置在支架(1)上的注射泵步进电机、由注射泵步进电机驱动的注射器台架、安装在注射器台架上的可更换的注射器(3)。

3.根据权利要求2所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：通过注射泵步进电机驱动注射器台架来控制注射器(3)使液滴滴落；通过改变注射器针管的口径来控制液滴尺寸；通过改变注射泵步进电机在支架(1)上的位置来改变液滴下落高度，进而改变液滴碰壁速度；通过改变注射器(3)中的溶液组分类型来测试不同燃料的液滴碰壁现象。

4.根据权利要求1所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：通过改变恒温加热平台(7)的实验平面温度来控制液滴碰壁时的壁面温度；通过改变恒温加热平台(7)与水平面之间的角度来改变液滴碰壁时的碰壁角度；通过加工恒温加热平台(7)实验平面获得不同的粗糙度，来探究壁面粗糙度对液滴碰壁的影响。

5.根据权利要求1所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：可视化系统包括高速摄像机(10)、为高速摄像机(10)提供光源的氙灯(5)、使氙灯(5)灯光均匀分布的匀光片(6)、与高速摄像机(10)相连并控制高速摄像机参数的计算机(11)。

6.根据权利要求1所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：信号控制系统包括与计算机(11)连接，且安装在注射器(3)正下方的触发装置(4)，触发装置(4)包括槽型光电开关、光电开关检测仪和延迟控制系统。

7.根据权利要求6所述的液滴碰壁实验装置，其特征在于：当液滴穿过槽型光电开关时，光电开关会产生一个阶跃信号，检测仪检测到该阶跃信号并将其输入至延迟控制系统，根据不同的实验条件通过延迟控制系统向高速摄像机(10)输入延迟触发信号，来控制高速摄像机(10)的触发时刻，以保证液滴碰壁过程记录的完整性。

8.一种液滴碰壁实验的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、使用无水乙醇清洗恒温加热平台(7)的实验平面，防止实验平面上的杂质影响实验结果；

步骤2、用水平仪确定并调整实验平面的倾斜角度，倾斜角度确定后固定可倾斜的恒温加热平台(7)；

步骤3、将实验所用液体注入注射器(3)内，并将注射器(3)固定在注射泵(2)上；

步骤4、用量尺确定并调整注射器(3)针尖与恒温加热平台(7)实验平面的铅垂距离，铅垂距离确定后固定整个液滴注射系统；

步骤5、控制注射泵步进电机驱动注射器(3)滴一滴实验液滴在实验平面上，确定液滴滴落的大致位置；

步骤6、设置高速摄像机(10)的相关参数；

步骤7、调整高速摄像机(10)镜头焦距至液滴滴落的大致范围内，再次滴一滴液滴，拍摄液滴碰壁过程，观察实验图像是否清晰，重复以上过程，直至能够清晰地观察到整个液滴碰壁过程；

步骤8、将一标定尺置于焦距平面内，拍摄以确定液滴实际尺寸；

步骤9、再次清洗实验平面，加热实验平面至所需温度；

步骤10、正式实验时，控制注射泵步进电机驱动注射器(3)生成液滴，液滴通过触发装置(4)时触发相机，记录液滴撞壁过程；

步骤11、选择有效数据进行存储，对拍摄结果进行剪辑，只保留液滴撞壁过程，若拍摄效果不理想，则重复以上步骤至达到满意效果；

步骤12、完成一组实验后，若需要变更实验参数进行下一组实验，重复实验步骤1～11。

9.根据权利要求8所述的液滴碰壁实验的实验方法，其特征在于：当由于实验平面已经加热导致的不易再次确定高速摄像机(10)镜头焦距是否合适时，直接更换另一相同加热平台进行下一组实验。