[发明专利]一种液滴发生器及液滴制造方法

说明书

本发明提供了一种液滴发生器及液滴制造方法，涉及液体微粒化及液滴制造技术领域。一种液滴发生器包括：液滴发生器主体，常亮点光源，光电探测器，电极板和脉冲高压电源，液滴发生器主体中包含接地的不锈钢毛细管且在其周围有密封的水浴槽，常亮点光源与不锈钢毛细管出口和光电探测器共线；电极板通过绝缘接杆固定在不锈钢毛细管出口两侧；脉冲高压电源可以通过光电探测器的外触发信号发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板，极性液滴在成长到固定尺寸时快速下落。本发明的液滴发生器及方法可适用于在极端环境条件下控制产生单个液滴。

技术领域

本发明涉及液体微粒化及液滴制造技术领域，具体涉及一种适用于极端环境的液滴发生器及其工作方法。

背景技术

液体燃料喷雾的雾化及蒸发特性对例如喷涂、制药、粉末冶金、农药喷洒，特别是各种发动机(液体火箭发动机、冲压式发动机、内燃机、燃气轮机、航空发动机等)设备性能的影响至关重要。例如，对于高压直喷发动机来说，喷雾雾化后产生的小液滴在高温高压的环境条件下随高速旋流气流的运动、二次破碎、蒸发及与周围环境气体的混合特性直接决定了发动机的燃烧与排放性能，对其进行可视化的实验研究，对发动机燃烧系统的设计开发有非常重要的指导意义。

随着科学技术不断发展，国内外最前沿相关探索也从对宏观喷雾特性的研究逐步向微观单个液滴特性，例如：运动、形变、二次破碎及蒸发等特性的研究转移。然而目前单液滴的可视化研究主要集中在高温常压环境中且周围环境气体处于层流状态，所以获得的数据往往无法直接运用在实际小型增压化的发动机燃烧系统(高温高压、湍流流场等复合极端环境套件)的开发过程中。开发适用于极端条件下的单液滴发生器难点在于：1.液滴发生器整体结构设计要能承受极端环境条件(e.g.高温高压条件、强湍流)；2.液体的物性在高温高压条件下会产生变化(e.g.接近燃料的超临界条件时温度压力微小的改变都会极大改变液体的表面张力)，所以导致在非极端条件下适用的装置及液滴产生方法并不适用；3.液滴的产生和下落过程会受到环境强湍流的影响而变得极不稳定，常规方法的动态响应能力不足。

现有的液滴产生器，例如中国专利文献CN104028393 A记载了一种液滴发生器及其工作方法，通过马达控制可伸缩凸轮，带动运动杆机构实现堵头开关的开闭，从而挤出产生单个液滴。该设备可以指定液滴的尺寸及初始液滴的温度和速度。然而该设备只能应用于常温常压条件，无法在高温高压环境条件下模拟产生的单个液滴，且采用普通马达控制凸轮的方式也无法在极端条件下实现快速响应，从而稳定产生单个液滴。再比如，中国专利文献CN1404993A记载了一种用于产生微小液滴的液滴发生器，该技术具有一些布置在外壳中的压电弯曲换能器组群，所述弯曲换能器在部件长度上相互间隔，通过壁厚彼此分开地横向设置在一些凹槽中，所述液滴发生器还具有在弯曲指下面的液体-纵向通道和带有喷嘴的液体腔室，在不允许有变形的腔室壁足够厚的情况下，可以保持一个高的液体流。此液滴发生器主要用于喷墨打印机喷头而无法在极端的环境条件下应用。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种可适用于极端环境条件下的液滴发生器及其液滴制造方法。本发明的液滴发生器及方法可以实现在不同极端环境条件(作为举例而非限制，比如高温高压条件、强湍流条件等)下控制产生单个液滴，可以用于研究极端环境条件下液滴的运动、形变、二次破碎及蒸发特性。

以下为本发明具体的技术方案：

一种液滴发生器，包括液滴发生器主体，常亮点光源，光电探测器，电极板和脉冲高压电源；所述液滴发生器主体包括接地的不锈钢毛细管，所述不锈钢毛细管周围设有密封的水浴槽，所述电极板通过绝缘接杆安装在不锈钢毛细管出口两侧；所述常亮点光源、不锈钢毛细管出口和光电探测器三者共线设置；所述脉冲高压电源与光电探测器连接；通过光电探测器的外触发信号触发脉冲高压电源发出瞬间脉冲电压并同时传递给两块电极板，使不锈钢毛细管出口处的极性液滴快速下落。