[发明专利]一种用于液滴-颗粒碰撞凝并测试的实验系统及方法

权利要求书

1.一种用于液滴-颗粒碰撞凝并测试的实验系统，其特征在于，主要包括颗粒供给装置、液滴产生装置、颗粒回收装置、图像采集及处理系统，所述颗粒供给装置和液滴产生装置安装在支架上，所述支架包括底部轨道(1)、底座A(2)、底座B(3)、升降轨道A(4)、升降轨道B(5)，所述底座A(2)、底座B(3)分别设于所述底部轨道(1)上并可沿底部轨道(1)左右移动，所述升降轨道A(4)垂直设于底座A(2)上，所述升降轨道B(5)垂直设于底座B(3)上，升降轨道A(4)和升降轨道B(5)相对设置；

所述颗粒供给装置包括进料斗(6)、进料滑道(7)、锥形储料仓(8)、颗粒出口(9)和轨道卡座A(10)，所述进料斗(6)固定在升降轨道A(4)上部，进料斗(6)的下方设有导向管(11)，所述轨道卡座A(10)设于升降轨道A(4)上并可沿升降轨道A(4)上下移动，所述轨道卡座A(10)的右侧上部设有一段凹槽(12)，所述进料滑道(7)设置在进料斗(6)下方，进料滑道(7)的一端底部设有滚轮(13)，滚轮(13)的滚轮轴卡在凹槽(12)内，轨道卡座A(10)上设有进料滑道角度调节装置，所述进料滑道角度调节装置包括旋钮A(14)、一个大滑轮(15.1)、两个小滑轮(15.2)和皮带(16)，大滑轮(15.1)设在旋钮A(14)的转轴上，两个小滑轮(15.2)分别位于大滑轮(15.1)两侧，且大滑轮(15.1)与两个小滑轮(15.2)通过皮带(16)连接，通过旋转旋钮A(14)使大滑轮(15.1)转动，从而通过皮带(16)的转动，带动大滑轮(15.1)与两个小滑轮(15.2)同步转动，皮带(16)驱动滚轮(13)转动，所述进料滑道(7)通过滚轮(13)与凹槽(12)滑动连接，垂直轨道卡座A(10)设有一支撑板(17)，进料滑道(7)的另一端斜靠在支撑板(17)的右上端并伸入所述锥形储料仓(8)内，支撑板(17)右侧设有旋转轴(18)，所述锥形储料仓(8)的敞口端通过卡口固定在旋转轴(18)上，旋转轴(18)一端固定连接有一旋钮B(19)，所述颗粒出口(9)与锥形出料仓(8)的底部连为一体并相通；

所述液滴产生装置包括针头(20)、针管(21)、针管推进管(22)、旋转推进器(23)、垂直微调轨道(24)、轨道卡座B(25)、水平轨道底座(26)和水平微调装置(27)，所述轨道卡座B(25)设于升降轨道B(5)上并可沿升降轨道B(5)上下移动，所述水平轨道底座(26)垂直轨道卡座B(25)设置，所述水平微调装置(27)设于水平轨道底座(26)上并可沿水平轨道底座(26)左右移动，水平微调装置(27)上设有旋钮C(28)，水平微调装置(27)的左侧与垂直微调轨道(24)滑动连接，所述旋转推进器(23)、针管推进管(22)、针管(21)、针头(20)从上到下依次连接，旋转推进器(23)和针管推进管(22)分别固定在垂直微调轨道(24)左侧；

所述颗粒回收装置包括颗粒-液滴回收皿(31)，所述颗粒-液滴回收皿(31)放置在所述底部轨道(1)上、碰撞区域(30)的正下方；

所述图像采集及处理系统包括照明装置、高速摄像机和计算机，所述照明装置包括主照明灯A(32)、主照明灯B(33)，所述主照明灯A(32)设于升降轨道A(4)下部并可沿升降轨道A(4)上下移动，所述主照明灯B(33)设于升降轨道B(5)下部并可沿升降轨道B(5)上下移动，所述高速摄像机(35)设于支架前方，所述计算机(34)和高速摄像机(35)的端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于液滴-颗粒碰撞凝并测试的实验系统，其特征在于，所述照明装置还包括辅助照明灯(37)，辅助照明灯固定在支撑架(38)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于液滴-颗粒碰撞凝并测试的实验系统，其特征在于，所述高速摄像机(35)通过三角架(36)支撑。

4.根据权利要求1所述的一种用于液滴-颗粒碰撞凝并测试的实验系统，其特征在于，所述垂直微调轨道(24)的边缘刻有标度尺(29)。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的实验系统进行液滴-颗粒碰撞凝并测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将需要实验的颗粒通过小勺倒入进料斗(6)，颗粒通过进料斗(6)的导向管(11)进入进料滑道(7)，均匀落入锥形储料仓(8)，通过颗粒出口(9)落出，通过调节旋钮A(14)改变进料滑道(7)角度，通过调节轨道卡座A(10)的上下位移和旋钮B(19)改变颗粒出口(9)的高度和角度，经过调节颗粒滑落角度，使颗粒进入指定碰撞区域(30)，调节好位置和角度后暂停向进料斗(6)倒入颗粒，等锥形储料仓(8)中颗粒全部滑落后进行下一步；

(2)用针管(21)吸取适量待测液滴溶液，安装好针管(21)、针头(20)和针管推进管(22)，通过卡扣(39)固定在垂直微调轨道(24)左侧，通过旋转旋转推进器(23)使针管(21)内液体通过针头(20)形成液滴并滴落，通过调节升降轨道B(5)的水平位移使液滴能滴入指定碰撞区域(30)，通过调节轨道卡座B(25)的上下位移改变液滴进入指定碰撞区域(30)的速度；

(3)向进料斗(6)中倒入颗粒，同时旋转旋转推进器(23)，使得颗粒和液滴同时落下，然后通过旋转旋钮C(28)，微调针头(20)水平位置，使得落下液滴能够与颗粒在碰撞区域(30)内相遇碰撞，同时开启主照明灯A(32)、主照明灯B(33)并调节到与碰撞区域(30)等高位置，利用高速摄像机(35)拍摄整个相遇碰撞过程，然后通过计算机(34)软件后期处理编辑，采集挑选出碰撞结合过程的图像，形成颗粒-液滴碰撞凝并过程。