CN106092506A - 高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，试验装置包括高速小液滴斜喷射装置、液膜产生装置、供气系统、供液系统和拍摄系统，更换滴液端盖和调整进入腔内脉冲压缩气体的压力、脉冲长度产生不同直径的小液滴；改变进入涂有超疏水疏油材料涂层的液滴加速部件的空气流量改变液滴喷出的速度；转动液滴喷射角度调整部件改变高速小液滴的喷射角度；改变供液系统的供液量改变液膜流动槽中液膜的速度；调整液膜厚度调整部件与液膜流动槽的液体表面之间的高度差改变液膜厚度。本发明能够观测高速小液滴的直径、速度、入射角度和液膜厚度、液膜速度等对高速小液滴/壁面液膜的斜碰撞状态的影响，确定高速小油滴/壁面液膜的斜碰撞发生飞溅时的临界工况。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，具体为高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置。
背景技术
轴承腔是航空发动机中的重要润滑部件，轴承腔中的滑油被轴承高速转动部件甩出后破碎并形成高速小油滴，这些尺寸不一的高速小油滴以不同的入射角度与轴承腔壁面碰撞后发生沉积或飞溅并最终形成壁面油膜及二次油滴，其中壁面油膜沿轴承腔壁面流动并从排油口排出实现循环散热的功能，而二次油滴随着气相介质从通风口排出。作为轴承腔中复杂油气两相流动研究的构成，确定高速小油滴与轴承腔壁面油膜的斜碰撞状态判断准则，并以此分析高速小油滴与轴承腔壁面油膜之间的质量和动量转移是实现轴承腔精确润滑设计的重要基础工作。因此，需要通过设计相应的试验来研究影响高速小油滴/壁面油膜的斜碰撞状态的因素，并确定高速小油滴/壁面油膜的斜碰撞状态判断准则。
文献“Experimental Investigation Into Droplet Impingement Upon MovingFilms Using High Speed Video and Thermal Imaging.Mitchell A J,Simmons K,HannD.ASME 2015International Mechanical Engineering Congress and Exposition.2015:V001T01A038-V001T01A038.”公开了一种用于液滴/液膜斜碰撞的试验装置，作者利用试验装置研究了液滴与液膜斜碰撞时碰撞参数对的液滴的碰撞形态等的影响。但在该论文的试验装置中，液滴入射角度是不能调整的，试验装置所产生的液滴碰撞速度太小且直径太大，这与轴承腔中高速小油滴的实际工况差距较大；另外，由于该试验装置的液膜是在倾斜的壁面上流动，这将导致在倾斜壁面的不同位置处的液膜厚度及液膜速度都是不相同的，使得该试验装置无法准确分析液膜厚度及速度对液滴/壁面液膜碰撞的影响。
发明内容
要解决的技术问题
为了通过试验再现轴承腔中高速小油滴与壁面油膜斜碰撞这一物理现象，观测高速小液滴的直径、速度、入射角度和液膜厚度、液膜速度等对高速小液滴/壁面液膜的斜碰撞状态的影响，并确定高速小液滴/壁面液膜的斜碰撞发生飞溅时的临界工况。本发明提出了一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置。
技术方案
所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：包括高速小液滴斜喷射装置、液膜产生装置、供气系统、供液系统和拍摄系统；
所述高速小液滴斜喷射装置由台架部件、小液滴产生部件、液滴加速部件和液滴喷射角度调整部件组成；
所述台架部件包括底座和滑动支撑架；滑动支撑架高度可调；
所述小液滴产生部件安装在滑动支撑架上，并可在滑动支撑架上自由调整安装位置；所述小液滴产生部件由腔体、滴液端盖、螺纹三通和球阀组成；腔体为中空结构，腔体一端与滴液端盖密封固定连接，另一端与螺纹三通密封固定连接；螺纹三通的另外两个接口分别与球阀和供气系统相连；球阀保持与大气相通；滴液端盖开有滴孔，滴孔孔径保证常压下不能滴出液滴；
所述液滴加速部件由整流管道、加速管、蜂窝整流器和铜纱网组成；蜂窝整流器及铜纱网固定安装在整流管道内；整流管道一端与供气系统相连，另一端与加速管端部密封固定连接；
所述液滴喷射角度调整部件由固定支撑套筒、旋转角度盘、夹套轴、手柄组成；固定支撑套筒固定在底座上；夹套轴的连接部件穿过固定支撑套筒上的套筒结构，并与旋转角度盘同轴固定连接，夹套轴的连接部件与固定支撑套筒上的套筒结构间隙配合；夹套轴的夹套结构连接所述液滴加速部件；旋转角度盘与手柄固定连接，手柄能够带动旋转角度盘及夹套轴沿轴向转动；
所述液膜产生装置包括液体流动调整箱、液槽支撑框架、液膜流动槽、液膜厚度调整部件和液体回收部件；
所述液体流动调整箱中具有弧形狭缝，液体能够以要求的速度平稳从弧形狭缝出口流出；
所述液膜流动槽固定在所述液槽支撑框架上；所述液膜流动槽安装在液体流动调整箱弧形狭缝出口处，液体从液体流动调整箱中流出后进入液膜流动槽，并能够在液体流动槽中以要求的速度和厚度平稳流动；
所述液膜厚度调整部件安装在液膜流动槽内；液膜厚度调整部件由支撑座、细牙螺杆盘和升降板组成，支撑座安装在液膜流动槽内，细牙螺杆盘的底部通过细牙螺纹与底座的螺纹孔连接，细牙螺杆盘的上端放置升降板，且与升降板的盲孔结构间隙配合；
所述液体回收部件用于将液膜流动槽流出的液体收集；液体回收部件与供液系统的储液箱相连，将收集的液体回送供液系统储液箱；
所述供气系统分别向小液滴产生部件和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩气体；
所述供液系统向液体流动调整箱供液，并能够通过调整供液流量，调整液体从液体流动调整箱中流出的速度；
所述拍摄系统拍摄高速小液滴/壁面液膜斜碰撞的过程。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述加速管内表面涂有超疏水疏油材料涂层。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度；当转动手柄带动旋转角度盘及夹套轴旋转到所需角度时，能够使用螺栓穿过旋转槽将旋转角度盘固定在固定支撑套筒上。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述供气系统包括第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀；第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴产生部件连接，第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速部件连接；通过控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的分时开闭，使供气系统按照要求的时序产生小液滴产生部件及液滴加速部件所需的加速气流。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述底座由底板和固定管套焊接而成，底板通过地脚螺栓与外部工作台固连，固定管套的下端与底板焊接，固定管套的上端有螺母套筒，螺母套筒与固定螺丝压板连接；滑动支撑架由滑动架、加强架和支撑平板组成；滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端能够在固定管套内自由上下滑动，并通过固定螺丝压板固定滑动支撑架位置。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述固定螺丝压板由螺杆、压板和T形旋柄组成；螺杆带有螺纹的一端与压板焊接，另一端与T形旋柄过盈配合。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液体流动调整箱具有凹弧板和凸弧块；凹弧板和凸弧块之间形成弧形狭缝。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述弧形狭缝分为三段，前段为缩口弧段，中段为等宽度的1/4圆弧段，后段为等宽度的水平的平直段。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液膜流动槽由玻璃挡板和玻璃底板通过胶黏剂粘合在一起得到，玻璃挡板上刻有刻度。
进一步的优选方案，所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液体回收部件是由液体回收箱和回收箱支撑台组成；液体回收箱放置在回收箱支撑台上；液体回收箱的上方为敞口结构，可以将液膜流动槽流出的液体收集；液体回收箱底端呈漏斗形状并开有通孔，通过管道与供液系统的储液箱相连，将收集的液体通过重力送油箱。
有益效果
本发明能够拍摄记录高速小油滴与油膜斜碰撞的过程，然后分别改变油膜厚度、速度和小油滴的直径、碰撞速度、入射角度，重复上述过程，观测油膜厚度、速度和高速小油滴的直径、速度、入射角度等对高速小油滴/壁面油膜的斜碰撞状态的影响，并记录和确定高速小油滴/壁面油膜斜碰撞时发生飞溅的临界工况。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
附图1是本发明装置的总体结构示意图；
附图2是本发明装置的高速小液滴斜喷射装置结构示意图；
附图3是本发明装置中的液膜产生装置结构示意图；
附图4是本发明装置中的供气系统结构示意图；
附图5是本发明装置中的供液系统结构示意图；
附图6是本发明装置中的拍摄系统结构示意图；
附图7是本发明装置中的台架部件结构示意图；
附图8是本发明装置中的底座结构示意图；
附图9是本发明装置中的固定螺丝压板结构示意图；
附图10是本发明装置中的滑动支撑架结构示意图；
附图11是本发明装置中的小液滴产生部件结构示意图；
附图12是本发明装置中的液滴加速部件正视图；
附图13是本发明装置中的液滴加速部件左视图；
附图14是本发明装置的液滴喷射角度调整部件结构示意图；
附图15是本发明装置的电磁阀控制模块的电路连接原理图
附图16是本发明装置的液体流动调整箱结构示意图；
附图17是本发明装置中的液槽支撑框架正视图；
附图18是本发明装置中的液槽支撑框架俯视图；
附图19是本发明装置中的液膜流动槽结构示意图；
附图20是本发明装置中的液膜厚度调整部件结构示意图；
附图21是本发明装置的液体回收部件结构示意图；
附图22是本发明装置中的回收箱支撑台结构示意图；
高速小液滴斜喷射装置1中包含：
6.台架部件 7.小液滴产生部件 8.液滴加速部件 9.液滴喷射角度调整部件
液膜产生装置2中包含：
10.液体流动调整箱 11.液槽支撑框架 12.液膜流动槽
13.液膜厚度调整部件 14.液体回收部件
供气系统3包含：
15.空气压缩机 16.气动三联件 17.节流阀 18.流量计
19.压力表 20.第一常闭电磁阀Ⅰ 21.第二常闭电磁阀Ⅱ
22.气动软管 23.电磁阀控制模块
供液系统4包含：
24.储液箱 25.过滤器 26.液压泵 27.溢流阀
28.节流阀 29.流量计 30.管道
拍摄系统5包含：
31.照明灯 32.高速摄像机 33.计算机
台架部件6包含：
34.底座 35.固定螺丝压板 36.滑动支撑架
底座34包含：
37.固定管套 38.底板
固定螺丝压板35包含：
39.T形旋柄 40.螺杆 41.压板
滑动支撑架36包含：
42.支撑平板 43.加强架 44.滑动架
小液滴产生部件7包含：
45.球阀 46.螺纹三通 47.腔体 48.滴液端盖
液滴加速部件8包含：
49.整流管道 50.蜂窝整流器 51.铜纱网 52.加速管
液滴喷射角度调整部件9包含：
53.手柄 54.旋转角度盘 55.固定支撑套筒 56.夹套轴
电磁阀控制模块23包括：
57.继电器模块 58.单片机 59.直流电源
液体流动调整箱10中包含：
60.凹弧板 61.右平板 62.底平板 63.凸弧块 64.侧平板
液槽支撑框架11包含：
65.长支撑板 66.长支撑腿 67.短支撑板
液膜流动槽12包含：
68.玻璃挡板 69.玻璃底板
液膜厚度调整部件13包含：
70.支撑座 71.细牙螺杆盘 72.升降板
液体回收部件14包含：
73.液体回收箱 74.回收箱支撑台
回收箱支撑台73包含：
75.回收箱支撑板 76.支撑腿
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照附图1，本实施例所述的高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，包括高速小液滴斜喷射装置1、液膜产生装置2、供气系统3、供液系统4和拍摄系统5。
参照附图2，高速小液滴斜喷射装置1由台架部件6、小液滴产生部件7、液滴加速部件8和液滴喷射角度调整部件9连接而成。
台架部件6对高速小液滴斜喷射装置起到支撑和调整作用。参照附图7，台架部件6是由底座34、固定螺丝压板35和滑动支撑架36连接而成。参照附图8，将固定管套37和底板38焊接而成底座34，并使地脚螺栓穿过底板38上的通孔把底座34固定在实验台上。参照附图9，将螺杆40带有螺纹的一端与压板41焊接，然后将其穿过固定管套37的套筒结构后使T形旋柄39和螺杆40没有螺纹的一端过盈配合形成固定螺丝压板35。参照附图10，将支撑平板42、加强架43和滑动架44焊接成滑动支撑架36，滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端可以在固定管套内自由上下滑动，将滑动支撑架36的滑动架44放入底座34的固定套筒37上端的螺母套筒中，当滑动支撑架滑动到任一位置时，通过旋转固定螺丝压板来固定滑动支撑架的位置。
参照附图11，小液滴产生部件7是由球阀45、螺纹三通46、腔体47和滴液端盖48连接而成，可以产生直径微小的液滴。小液滴产生部件7放置在台架部件的支撑平板上，并可以在支撑平板的滑槽内左右滑动。腔体47与滴液端盖48通过螺栓连接，并利用密封圈保证腔体与滴液端盖的气密性良好；然后将腔体47通过螺纹与螺纹三通46连接，同样在连接时要保证腔体与螺纹三通的密封性能良好；球阀45与螺纹三通46通过连接，保持球阀与大气相通。将连接好的小液滴产生部件7放置到台架部件6的支撑平板42上，保证小液滴产生部件7可以在支撑平板42内左右滑动，并能随着支撑平板42在台架部件上上下滑动。滴液端盖上开有滴孔且滴孔内径微小，使得小液滴发生装置在常压下不能滴出液滴，因此液滴发生需要利用供气系统及电磁阀控制模块共同作用产生的脉冲压缩气体，将腔内的液体从液滴端盖中压出并及时颈缩断裂以产生小液滴。通过更换不同滴孔内径的液滴端盖和调整进入腔内脉冲压缩气体的压力、脉冲长度可以产生不同直径的小液滴。
液滴加速部件与供气系统中的第二常闭电磁阀相连接，固定在液滴喷射角度调整部件上，可以将小液滴发生装置产生的低速小液滴加速到较高的速度。参照附图12和附图13，液滴加速部件8是由整流管道49、蜂窝整流器50、铜纱网51和加速管52构成的。整流管道与供气系统中的第二常闭电磁阀相连，整流管道49的内表面与蜂窝整流器50、铜纱网51过盈配合。加速管52与整流管道49气密焊接成整体，整流管道可以使压缩空气机产生的空气均匀流动并将气流方向引正，使气流能均匀的沿着加速管吹出。在加速管52内表面涂超疏水疏油材料涂层，使液滴在加速管内表面的接触角大于150°、滚动接触角小于10°，同时保证加速管的长度足够使进入加速管的液滴被气流充分加速。实验中，可以通过改变进入液滴加速部件的压缩空气气流量来改变液滴喷出的速度。
参照附图14，液滴喷射角度调整部件9是由手柄53、旋转角度盘54、固定支撑套筒55和夹套轴56构成。夹套轴56穿过固定支撑套筒55的套筒结构，并通过螺钉与旋转角度盘54通过固连，并保证夹套轴、旋转角度盘和固定支撑套筒的套筒结构轴心一致。旋转角度盘54通过螺纹与手柄53连接，旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度，通过旋转手柄53带动旋转角度盘54旋转到任意角度时，使用螺栓穿过旋转角度盘54的旋转槽将其固定在固定支撑套筒55上。参照附图2，将液滴喷射角度调整部件9的固定支撑套筒55焊接在台架部件6上，而液滴喷射角度调整部件9的夹套轴56通过螺栓与液滴加速部件8固连。
供气系统为小液滴产生部件和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩空气。参照附图4，供气系统3是由空气压缩机15、气动三联件16、节流阀17、流量计18、压力表19、第一常闭电磁阀20、第二常闭电磁阀21、气动软管22和电磁阀控制模块23等连接而成。第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴产生部件连接，第一常闭电磁阀通电后打开将压缩空气导入小液滴产生部件，当第一常闭电磁阀断电后电磁阀闭合从而阻断压缩空气进入液滴发生腔；第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速装置连接，第二常闭电磁阀通电后打开将压缩空气导入液滴加速装置，当第二常闭电磁阀断电后电磁阀闭合从而阻断压缩空气进入液滴加速装置。空气压缩机15为整个实验装置提供压缩空气，压缩空气从空气压缩机出来后一路依次经过气动三联件16、第一常闭电磁阀20和压力表19进入小液滴产生部件；另一路以此经过气动三联件16、第二常闭电磁阀21、节流阀17和流量计18进入液滴加速装置。
参照附图15，电磁阀控制模块23由继电器模块57、单片机58和直流电源59连接而成。单片机58产生时序脉冲信号，而控制继电器模块57上两个继电器按照要求有序的吸合与断开。继电器模块57上的两个继电器分别与直流电源59、第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀中的电路部分构成两个独立的电路回路，直流电源59为第一常闭电磁阀与第二常闭电磁阀提供稳定的工作电压，两个继电器有序的开断分别决定了第一常闭电磁阀与与第二常闭电磁阀有序的开断。
电磁阀控制模块能够有序的控制供气系统中的第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的开断，使供气系统按照一定的时序产生液滴发生装置所需的脉冲压缩空气及液滴加速装置所需的加速气流，即电磁阀控制模块先控制第一常闭电磁阀打开并在极短的时间间隔内闭合，从而使供气系统产生的压缩空气以脉冲的形式进入小液滴产生部件；在第一常闭电磁阀闭合一小段时间后，电磁阀控制模块再控制第二常闭电磁阀的打开使供气系统产生的压缩空气进入液滴加速部件。
参照附图3，液膜产生装置包括液体流动调整箱10、液槽支撑框架11、液膜流动槽12、液膜厚度调整部件13和液体回收部件14。
参照附图16，液体流动调整箱10是由凹弧板60、右平板61、底平板62、凸弧块63和侧平板64焊接形成的。凹弧板60底部开有通孔，通孔与供液系统相连接。液体流动调整箱10的凹弧板60和凸弧块63之间形成提供供液体流动的弧形狭缝，液体能够以要求的速度平稳从弧形狭缝出口流出。优选的，所述弧形狭缝分为三段，前段为缩口弧段，中段为等宽度的1/4圆弧段，后段为等宽度的水平的平直段。液体从通孔进入液体流动调整箱后从凹弧板与凸弧块之间的狭缝中流出，狭缝的长度足够保证液体能够以一定的速度平稳的从狭缝中流出。当供液系统的流量发生变化时，从凹弧板与凸弧块之间的狭缝中流出的液体速度也将随之发生变化。
参照附图17和附图18，液槽支撑框架11是由长支撑板65、长支撑腿66和短支撑板67焊接而成。主要起到了支撑液膜流动槽的作用。
参照附图19，液膜流动槽12是由玻璃挡板68和玻璃底板69通过胶黏剂粘合在一起形成的。将液膜流动槽12放置的在液槽支撑框架11上，液膜流动槽12的左侧与液体流动调整箱10的狭缝出口通过胶黏剂粘合在一起，保证液膜流动槽12的宽度与液体流动调整箱10狭缝的宽度一致。液体从液体流动调整箱中流出后进入液膜流动槽，并能够在液体流动槽中以一定的速度和厚度平稳流动。玻璃挡板上刻有刻度，可以读出液膜流动槽中的液膜厚度。
参照附图20，液膜厚度调整部件13是由支撑座70、细牙螺杆盘71和升降板72连接而成。细牙螺杆盘71的底部通过细牙螺纹与支撑座70的螺纹孔连接，升降板72放置在细牙螺杆盘71上且通过盲孔结构与细牙螺杆盘间隙配合。通过旋转细牙螺杆盘可以调整升降板与液膜流动槽内液体表面的高度，进而在升降板与其上方的液体表面形成厚度可精确调整的流动液膜，液膜的厚度为液体表面高度与升降板高度之差。
参照附图21，液体回收部件14是由液体回收箱73和回收箱支撑台74组成。参照附图22，回收箱支撑台74是由回收箱支撑板75和回收箱支撑板76焊接而成，回收箱支撑板75上放置液体回收箱73，液体回收箱73的上方为敞口结构，可以将液膜流动槽流出的液体收集；液体回收箱73底端呈漏斗形状开有通孔且通过管道与供液系统的储液箱相连，可以将收集的液体通过重力送储液箱。
参照附图5，供液系统4是由储液箱24、过滤器25、液压泵26、溢流阀27、节流阀28、流量计29和管道30连接而成。供液系统4分别与液体流动调整箱10和液体回收箱73相连接，通过调整节流阀可以改变进入液体流动调整箱10的液体流量，进而最终改变液体从液体流动调整箱10中流出时的速度。
参照附图6，拍摄系统包含照明灯31、高速摄像机32与计算机33。照明灯31为摄像提供充足的光源，高速摄像机32可以拍摄高速小液滴/壁面液膜斜碰撞的过程，高速摄像机32与计算机33连接，并将拍摄的现象记录在计算机硬盘上。
本实施例在进行高速小油滴/壁面油膜斜碰撞试验时，在小液滴产生部件中加入一定量的润滑油，将小液滴产生部件上的球阀完全打开，启动空气压缩机，调整空气压缩机的输出压力并通过电磁阀控制模块调整脉冲压缩空气的脉冲长度，使小液滴产生部件能够较为稳定的滴出小油滴。关闭空气压缩机，通过液滴喷射角度调整部件转动液滴加速部件到一定的倾斜角度，调整小液滴产生部件在台架部件上的位置使滴液端盖靠近液滴加速部件的开口处，以保证产生的小油滴能滴入液滴加速部件内，启动空气压缩机，通过电磁阀控制模块控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀有序的开断，并调节进入液滴加速部件的空气流量，可以从加速管喷出具有一定倾斜角度和速度的高速小油滴。启动供液系统中的液压泵并调节液压泵的转速和节流阀使供液系统能够稳定提供一定流量的润滑油。待润滑油能够平稳的从流动调整箱的狭缝中流出且液膜流动槽中的油膜的速度和厚度保持不变时，移动液膜厚度调整部件并调整其升降板的高度，使升降板与油膜表面之间的产生具有一定厚度和流动速度的油膜，并使高速小油滴能够与具有一定厚度和流动速度的油膜发生斜碰撞。开启拍摄系统的照明灯、高速摄像机和计算机，拍摄记录高速小油滴与油膜斜碰撞的过程。然后分别改变油膜厚度、速度和小油滴的直径、碰撞速度、入射角度，重复上述过程，观测油膜厚度、速度和高速小油滴的直径、速度、入射角度等对高速小油滴/壁面油膜的斜碰撞状态的影响，并记录和确定高速小油滴/壁面油膜斜碰撞时发生飞溅的临界工况。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：包括高速小液滴斜喷射装置、液膜产生装置、供气系统、供液系统和拍摄系统；
所述高速小液滴斜喷射装置由台架部件、小液滴产生部件、液滴加速部件和液滴喷射角度调整部件组成；
所述台架部件包括底座和滑动支撑架；滑动支撑架高度可调；
所述小液滴产生部件安装在滑动支撑架上，并可在滑动支撑架上自由调整安装位置；所述小液滴产生部件由腔体、滴液端盖、螺纹三通和球阀组成；腔体为中空结构，腔体一端与滴液端盖密封固定连接，另一端与螺纹三通密封固定连接；螺纹三通的另外两个接口分别与球阀和供气系统相连；球阀保持与大气相通；滴液端盖开有滴孔，滴孔孔径保证常压下不能滴出液滴；
所述液滴加速部件由整流管道、加速管、蜂窝整流器和铜纱网组成；蜂窝整流器及铜纱网固定安装在整流管道内；整流管道一端与供气系统相连，另一端与加速管端部密封固定连接；
所述液滴喷射角度调整部件由固定支撑套筒、旋转角度盘、夹套轴、手柄组成；固定支撑套筒固定在底座上；夹套轴的连接部件穿过固定支撑套筒上的套筒结构，并与旋转角度盘同轴固定连接，夹套轴的连接部件与固定支撑套筒上的套筒结构间隙配合；夹套轴的夹套结构连接所述液滴加速部件；旋转角度盘与手柄固定连接，手柄能够带动旋转角度盘及夹套轴沿轴向转动；
所述液膜产生装置包括液体流动调整箱、液槽支撑框架、液膜流动槽、液膜厚度调整部件和液体回收部件；
所述液体流动调整箱中具有弧形狭缝，液体能够以要求的速度平稳从弧形狭缝出口流出；
所述液膜流动槽固定在所述液槽支撑框架上；所述液膜流动槽安装在液体流动调整箱弧形狭缝出口处，液体从液体流动调整箱中流出后进入液膜流动槽，并能够在液体流动槽中以要求的速度和厚度平稳流动；
所述液膜厚度调整部件安装在液膜流动槽内；液膜厚度调整部件由支撑座、细牙螺杆盘和升降板组成，支撑座安装在液膜流动槽内，细牙螺杆盘的底部通过细牙螺纹与底座的螺纹孔连接，细牙螺杆盘的上端放置升降板，且与升降板的盲孔结构间隙配合；
所述液体回收部件用于将液膜流动槽流出的液体收集；液体回收部件与供液系统的储液箱相连，将收集的液体回送供液系统储液箱；
所述供气系统分别向小液滴产生部件和液滴加速部件提供压力和流量可调的压缩气体；
所述供液系统向液体流动调整箱供液，并能够通过调整供液流量，调整液体从液体流动调整箱中流出的速度；
所述拍摄系统拍摄高速小液滴/壁面液膜斜碰撞的过程。
2.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述加速管内表面涂有超疏水疏油材料涂层。
3.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述旋转角度盘开有旋转槽结构，旋转槽的边缘上刻有角度；当转动手柄带动旋转角度盘及夹套轴旋转到所需角度时，能够使用螺栓穿过旋转槽将旋转角度盘固定在固定支撑套筒上。
4.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述供气系统包括第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀；第一常闭电磁阀通过气动软管与小液滴产生部件连接，第二常闭电磁阀通过气动软管与液滴加速部件连接；通过控制第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀的分时开闭，使供气系统按照要求的时序产生小液滴产生部件及液滴加速部件所需的加速气流。
5.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述底座由底板和固定管套焊接而成，底板通过地脚螺栓与外部工作台固连，固定管套的下端与底板焊接，固定管套的上端有螺母套筒，螺母套筒与固定螺丝压板连接；滑动支撑架由滑动架、加强架和支撑平板组成；滑动架的上端分别与加强架和支撑平板焊接，下端能够在固定管套内自由上下滑动，并通过固定螺丝压板固定滑动支撑架位置。
6.根据权利要求5所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述固定螺丝压板由螺杆、压板和T形旋柄组成；螺杆带有螺纹的一端与压板焊接，另一端与T形旋柄过盈配合。
7.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液体流动调整箱具有凹弧板和凸弧块；凹弧板和凸弧块之间形成弧形狭缝。
8.根据权利要求7所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述弧形狭缝分为三段，前段为缩口弧段，中段为等宽度的1/4圆弧段，后段为等宽度的水平的平直段。
9.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液膜流动槽由玻璃挡板和玻璃底板通过胶黏剂粘合在一起得到，玻璃挡板上刻有刻度。
10.根据权利要求1所述一种高速小液滴/壁面液膜斜碰撞试验装置，其特征在于：所述液体回收部件是由液体回收箱和回收箱支撑台组成；液体回收箱放置在回收箱支撑台上；液体回收箱的上方为敞口结构，可以将液膜流动槽流出的液体收集；液体回收箱底端呈漏斗形状并开有通孔，通过管道与供液系统的储液箱相连，将收集的液体通过重力送油箱。
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