[发明专利]用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法，该实验装置包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程；该实验方法操作方便，由于实验装置中可控变量多，利用该实验方法便于综合研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴碰壁破碎的影响。

技术领域

本发明涉及液滴碰壁领域，具体涉及一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法。

背景技术

内燃机作为主要的移动式动力装置，广泛应用于农业、工业、交通运输业和国防建设等领域。但是，内燃机行业的飞速发展也带来了日益严重的能源短缺和环境污染等问题，为了进一步提高内燃机的工作效率，降低燃油消耗和减少污染物的排放，出现了以增压和缸内直喷为代表的先进汽油机技术和以高增压和高喷射为代表的先进柴油机技术。在上述技术下，由于时间极短，燃油没有办法完全蒸发，容易撞击在气缸壁和活塞上形成油膜，这不仅造成燃油损失，降低发动机的经济性，还会影响后续工作循环中混合气的形成，污染物排放增加。当附着在壁面上的燃油累积到一定量时，就会形成一个富燃料区，此时，碳烟颗粒物排放增多，形成积碳，积碳作为热源，当缸内温度较高时，会引燃周围的混合气，从而产生超级爆震，严重损坏内燃机。因此，研究液滴碰壁的破碎规律对寻求抑制内燃机超级爆震和提高发动机的动力性能和经济性能的方法是极具意义的。

现有的液滴撞壁实验方法，主要是用液滴撞击某一静止的壁面或是用液滴撞击试验台上的油膜表面进而研究液滴在撞击壁面时的破碎机理，但在实际的发动机中，燃油液滴往往直接撞击气缸的壁面，同时气缸壁也并不是静止的，而是呈一定的周期性运动。因此，以往的液滴碰壁实验模型与内燃机缸内液滴撞击壁面的实际情况相差甚远，同时，以往的实验方案在调节参数变量时较为复杂，信号采集与后处理过程较为繁复。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置及方法，能够定量研究液滴碰壁速度、液滴尺寸大小及振动平板振动的幅值和频率对液滴破碎的影响。

本发明实验装置的技术方案为：一种用于研究液滴撞击振动平板破碎规律的实验装置，包括：液滴生成系统、高度调节系统、平板振动系统和可视化系统；平板振动系统用于使平板按设定振动频率和振幅振动，液滴生成系统位于平板振动系统的正上方，用于生成液滴撞击平板；高度调节系统用于调整液滴生成系统的高度，使液滴生成系统位于平板振动系统上方设定位置；平板与可视化系统处于同一水平线，可视化系统用于实时观察和拍摄液滴撞击平板后的破碎过程。

作为本发明的一种优选方案，所述液滴生成系统包括注射器，注射器固定在高度调节系统上，使注射器的针头端朝向平板。

作为本发明的一种优选方案，高度调节系统包括移动滑块和支架，移动滑块在支架上的位置可调，调到设定位置后将移动滑块固定在支架上。

作为本发明的一种优选方案，所述平板振动系统包括信号发生器、功率放大器、激振器、螺杆和振动平板；

振动平板通过螺杆螺纹连接在激振器上，振动平板处于水平状态；

信号发生器通过功率放大器与激振器电连接，信号发生器用于发出设定频率的振动信号，该振动信号经过功率放大器放大后传递给激振器；调整功率放大器的电压用于调整激振器的振幅。

作为本发明的一种优选方案，可视化系统包括示波器、高速相机和电脑；

示波器与平板振动系统电连接，用于采集平板振动系统的振动频率和振幅并将其显示在示波器上；