[发明专利]用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统

说明书

本发明涉及微米颗粒流测量设备技术领域，尤其涉及一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统，包括压缩空气气源、质量流量控制器、颗粒分散器、撞击基底以及光学测量装置，质量流量控制器与压缩空气气源相连，颗粒分散器的进口与质量流量控制器相连，颗粒分散器的出口与泄放出口相连，撞击基底设置于泄放出口的正下方。本发明所述的用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统，能够将待测微米颗粒聚合物有效分散成单个待测微米颗粒，修正流体曳力对颗粒运动的影响，从而提高测量准确度。

技术领域

本发明涉及微米颗粒流测量设备技术领域，尤其涉及一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统。

背景技术

微米颗粒碰壁现象广泛出现在自然界和工业过程中，例如可吸入颗粒物在气管内的沉积、锅炉中飞灰颗粒在管壁的沉积等。在这些微米颗粒流问题中，颗粒与壁面的相互作用作为颗粒沉积过程的重要机制之一，对准确估计颗粒沉积率具有重要意义。要想准确评估微米颗粒的碰壁行为和沉积率，重要的是获得颗粒碰壁的临界粘附速度和恢复系数。

单颗粒碰壁实验是精确获得颗粒碰壁的临界粘附速度和恢复系数最有效的方法。现有的单颗粒碰壁实验主要分为两类，一类在真空中完成，颗粒靠重力加速；另一类在载气环境中完成，颗粒靠气流加速。但现有的单颗粒碰壁实验仍然存在问题。其一，在光学测量上，现有的打光方式常采用90°散射光，由于高倍显微镜的使用，导致镜头的景深非常小，颗粒一旦稍微偏离焦平面，其运动就很难被成像记录下来。其二，由于粘附力作用，微米颗粒之间的团聚效应非常明显，如何将团聚颗粒分散成单颗粒是现有技术中的一大难题。其三，若实验在载气环境中完成，但一般高速摄像仪的帧率无法记录微米颗粒碰壁前后的瞬时速度，只能记录颗粒在近壁区的速度，如何对颗粒在近壁区的速度进行修正，准确获得颗粒碰壁瞬间的速度也是难点之一。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统，解决现有技术难以将团聚颗粒分散成单颗粒的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量微米颗粒碰壁临界粘附速度和恢复系数的系统，包括：

压缩空气气源，所述压缩空气气源用于提供加速待测微米颗粒的压缩空气；

质量流量控制器，所述质量流量控制器与所述压缩空气气源相连，所述质量流量控制器用于控制所述压缩空气的流量；

颗粒分散器，所述颗粒分散器的进口与所述质量流量控制器相连，所述颗粒分散器的出口与泄放出口相连；所述颗粒分散器用于提供待测微米颗粒聚合物，并在所述压缩空气的作用下将所述待测微米颗粒聚合物分散为单个待测微米颗粒，所述单个待测微米颗粒从所述泄放出口流出；

撞击基底，所述撞击基底设置于所述泄放出口的正下方，从所述泄放出口流出的所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底的撞击平面进行撞击碰壁；

光学测量装置，所述光学测量装置用于记录所述单个待测微米颗粒与所述撞击基底撞击碰壁前后的运动轨迹。

进一步地，所述光学测量装置包括沿水平向依次设置的激光器、扩束器、高倍显微镜和高速摄像仪，其中，所述泄放出口与所述撞击基底对应设置于所述光学测量装置的上下两侧；所述激光器与所述扩束器间隔设置，所述扩束器与所述高倍显微镜间隔设置，所述高倍显微镜与所述高速摄像仪相连，其中，所述扩束器与所述高倍显微镜对应设置于所述泄放出口的左右两侧；所述激光器用于发出激光，所述扩束器用于对所述激光进行扩束形成激光束，所述激光束经过所述撞击基底的顶部区域后投影进入所述高倍显微镜和所述高速摄像仪中，所述高倍显微镜用于对所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动进行放大，所述高速摄像仪用于记录放大后所述单个待测微米颗粒撞击碰壁前后的运动轨迹图像。