[发明专利]一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁可视化实验装置和方法，试验装置包括：气浮减震实验台、金属液滴产生系统、可控温壁面系统、环境压力调节系统、自动触发高速摄影系统和图像分析系统。金属液滴产生系统产生金属液滴；环境压力调节系统实现液滴碰撞壁面时的环境压力在较大的负压范围内进行精准控制；自动触发高速摄影系统记录液滴撞击壁面的图像，最后由图像分析系统对视频定量分析，给出准确的液滴速度、液滴直径、铺展半径、高度以及变形特征等物理量。本实验方法能够实现在负压环境下产生金属液滴，为金属液滴撞击壁面运动特性的机理研究提供实验方案。该方法操作简单，过程安全可靠，具有较广的实验研究应用价值。

主权项

1.一种负压环境下高温熔融金属液滴碰壁实验装置，其特征在于：包括金属液滴产生系统、可控温壁面系统、环境压力调节系统、自动触发高速摄影系统和图像处理系统；所述环境压力调节系统包括真空箱(1)，真空箱(1)为竖直放置的中空柱状结构，且边角圆弧过度；真空箱(1)外安装有压阻真空计(14)、手动阀门(15)、高真空球阀(16)和真空泵(17)，用于压力的调节和实时显示；在真空箱(1)周向相对两个面上设置有石英玻璃视窗(9)，用于光照和高速相机(21)的拍摄；真空箱(1)一侧设置有真空箱侧门(25)；所述金属液滴产生系统包括金属熔炉、黄铜喷嘴(5)、陶瓷电加热器(6)、压力变送器(7)、氮气瓶(12)、进气管路和电磁阀(13)；陶瓷电加热器(6)包围在所述金属熔炉外侧；所述金属熔炉的熔炉筒体(3)为竖直放置的中空柱状结构，两端分别通过熔炉上端盖(2)和熔炉下端盖(4)封闭；黄铜喷嘴(5)安装于所述金属熔炉内，熔炉筒体(3)和熔炉下端盖(4)连接的通孔内，使熔融态金属能够从黄铜喷嘴(5)中心孔滴落；氮气瓶(12)、电磁阀(13)和进气管路通过外伸接口安装于熔炉上端盖(2)上，压力变送器(7)安装于所述熔炉上端盖(2)，用于实时测量所述金属熔炉内部压力，精度为0.1Pa；所述金属熔炉通过丝杠(8)安装在真空箱内部，丝杠(8)设置于真空箱(1)内，并垂直于真空箱(1)的底面；通过调节真空箱(1)外设置的丝杠手轮(24)转动丝杠(8)，进一步改变所述金属熔炉高度位置；所述可控温壁面系统设置于真空箱(1)的底面上，并处于所述金属熔炉的正下方，包括实验壁面(10)、电加热板(11)和温度控制装置；实验壁面(10)水平放置在电加热板(11)上方，通过导热加温；所述温度控制装置与电加热板(11)连接；所述自动触发高速摄影系统设置于真空箱(1)外，包括激光触发装置，高速摄影装置，光源系统；组成所述激光触发装置的激光发射器(18)和激光接收器(19)相对设置，其安装位置在金属液滴下落路径上，与石英玻璃视窗(9)相对；金属液滴下落时激光接收器(19)触发所述高速摄影装置的高速相机(21)的开关，开始记录；所述光源系统通过石英玻璃视窗(9)给真空箱(1)内照明；所述图像处理系统与所述自动触发高速摄影系统连接。