CN106290978B - 一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，主要由盛油箱体(1)、气流喷管(2)、托板(3)、螺纹卡套接头(4)、法兰盖(5)、托板支柱(6)、扰流板(7)、油量观察接头(10)、油量观察管(11)组成。使用过程中，O型密封圈开槽处(8)放入特定规格密封圈保证粒子发生器内工作压力；雾化气体通过法兰盖上部流入气流喷管，喷管下端面开有一个小孔，喷管侧面开有四排8个小孔(孔径0.5—0.8毫米不等)；增压稀释气体通过射流进气口(9)高速喷入，气流通过扰流板后增加湍流度，增强掺混效果；油量观察管为透明气动软管，可以观察粒子发生器内的油量。本发明结构简单、操作简便，粒子生成稳定均匀，易于推广普及。

Description

一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器
技术领域
本发明涉及示踪粒子发生器的技术领域，具体涉及一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，可以为粒子图像测速（PIV）、激光多普勒测速（LDV）等粒子示踪技术提供稳定的示踪粒子流。
背景技术
PIV、LDV等示踪粒子测量技术的测量结果对示踪粒子的直径、均匀性、随流性有较高的依赖性。目前广泛应用的是以二氧化钛和三氧化二铝为代表的固态示踪粒子和以硅油和食用油为代表的液态示踪粒子，在小尺度空间或有复杂空间结构的流场中，固态示踪粒子易附着于管路或结构件表面，难以清理，甚至对一些小孔结构造成堵塞；此外，固体雾化粒子成本高，不适合大使用量、长时间进行的大尺度设备实验及工业生产过程；更重要的是，为满足示踪粒子随流性的要求，粒子直径以1微米左右为宜，此直径的固体粒子可以直接进入人体肺泡，对器械操作人员的人身健康产生严重威胁。因此液态示踪粒子的应用具有更高的可选择性。
在液体雾化的诸多工业产品中，技术优势各异，技术原理各异，设备成本亦有较大差异，其雾化粒子直径从毫米到微米量级不等，粒子直径的分布范围亦有较大差异，在简化结构的同时保证粒子直径分布范围的集中性，是本发明的出发点之一，本发明的特色是利用横向喷射气流搅动掺混，在粒子的掺混碰撞中粒径较大的粒子得以聚积沉降，并从气流中分离出来，从而保证粒径分布的均匀性。
目前，PIV、LDV等技术在高校、科研院所、工业企业有广泛应用，雾化器多为国外配套设备，价格昂贵且维修不便，因此多数使用单位自行设计加工粒子发生器。本专利发明者结合自己使用经验，旨在发明成本低廉、结构简单、可靠性高且能提供均匀、稳定的高压粒子流的粒子发生器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是设计一种结构简单、成本低廉、可推广性强的液态粒子发生器，可以提供高压、均匀粒子流，从而为PIV、LDV等激光测量手段提供辅助技术设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，包括盛油箱体、气流喷管、托板、法兰盖、托板支柱、扰流板和射流进气口，雾化气体经气流喷管下部小孔喷出，气泡在液体表面破裂产生示踪粒子，示踪粒子随气流上升至托板上部，在高速高压搅动气流的作用下充分掺混，从而保证粒子发生器出口处粒子的均匀性和较好的随流性；托板支柱为圆柱管，用于限制托板与法兰盖间的距离，螺栓通过托板、托板支柱，固定到法兰盖上的螺纹孔内，实现对托板和托板支柱的固定；扰流板为具有均匀排布圆孔的矩形薄板，利用托板及法兰盖上的径向开槽插入并固定，通过在法兰盖上开槽的深度对扰流板插入的深度进行限位；射流进气口位于盛油箱体上部偏心布置，射流气体从射流进气口喷入后直接冲击扰流板，增加湍流度，进而增强掺混，并且在托板上方空间形成回旋气流；由于托板的阻隔，回旋气流并不影响托板下方空间内气流的上升，从而保证示踪粒子稳定地产生并随气流向上运动。
更进一步的，所述的气流喷管外直径为6—10mm，底面及侧面开孔的孔径为0.5—0.8mm不等，孔径尺寸根据所选用液体粘度不同自选；喷管底面距离盛油箱体底面20—25mm。
更进一步的，托板上表面和法兰盖下表面间距离35mm左右。
更进一步的，扰流板孔径3—5mm，孔距6—8mm；扰流板厚2mm；法兰盖和托板上的开槽宽度与扰流板厚度相同，开槽深度2—4mm。
更进一步的，该粒子发生器工作压力范围为0—1.5MPa，极限压力为2.5MPa。
本发明与现有技术相比所具有的优点如下：本粒子发生器体积小，重量轻，结构简单，易于使用、维护；所用示踪粒子液体无毒无害，廉价易得（推荐使用硅油）；使用过程中可以通过更换不同气孔直径的气流喷管或调节雾化气体的进气压力控制和调节示踪粒子产生速率；可通过调节增压稀释气体的流速调节控制增压气体与示踪粒子的掺混度及粒子发生器的出气压力；该粒子发生器工作稳定可靠，易于普及。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是粒子发生器外侧三维图；
图3是粒子发生器内侧三维图；
图4是法兰盖导气通路和气流喷管剖视图；
图5是托板支柱和扰流板剖视图；
图6是气流喷管气孔剖视图。
图中附图标记含义为：1为盛油箱体，2为气流喷管，3为托板，4为螺纹卡套接头，5为法兰盖，6为托板支柱，7为扰流板，8为法兰盖的密封圈槽，9为射流进气口，10为油量观察接头，11为油量观察管，12为法兰盖上与气流喷管连通的螺纹孔，13为油量观察接头螺纹孔，14为侧面上钻孔，15为端面上钻孔，16为法兰盖上的开槽。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，由盛油箱体1、气流喷管2、托板3、螺纹卡套接头4、法兰盖5、托板支柱6、扰流板7、油量观察接头10、油量观察管11及压力表、安全阀等辅助部件组成，其装配顺序为：
将螺纹卡套接头4拧在法兰盖内侧螺纹孔内，并将气流喷管2与该接头通过卡套连接密封。如图4所示。
将三个托板支柱6放在法兰盖内侧深2mm的定位槽内，将托板与气流喷管孔、托板支柱孔对正后用螺栓对托板及托板支柱进行紧固。如图3、图5所示。
将扰流板沿法兰盖和托板上的已开好的安装槽插入，通过法兰盖上的开槽16长度限定其深入的距离，如图1所示。扰流板为2mm厚金属板，开槽宽度与扰流板厚度相同，开槽深度为2—4mm。
在法兰盖的密封圈槽8内放入特定型号密封圈后即可将法兰盖与盛油箱体相连接并用螺栓紧固。
在油量观察接头螺纹孔13通过油量观察接头10连接后，将气动软管通过卡套连接密封，用以观察油量；如图1所示，上侧观察孔位置略高于托板，保证有足够盛油量的同时，油面低于托板下表面。
在法兰盖外面安装好压力表及安全阀；用转接接头连接法兰盖上与气流喷管连通的螺纹孔12，用导气管与该接头连接后即可完成雾化气气路的连接（如图4所示）；在雾化气体进入气流喷管前应安装减压阀调节气流喷管内气体压力，以调节雾化粒子发生率。
气流喷管2底部开孔如图6所示，将厚2mm薄金属板焊接在钢管一端，之后在端面上钻孔15及在侧面上钻孔14，孔径可根据对粒子浓度要求在0.5—0.8mm间选择。
粒子发生器出气口在法兰盖上表面，应选择口径较大的螺纹孔，根据具体使用情况配置相应的转接头；法兰盖上表面的液体加注孔应选择稍大口径，以便于快速顺利加注液体。
射流进气口9为螺纹接口，连接完成气路后即可通增压稀释气体。增压稀释气体通过射流进气口9高速喷入，气流通过扰流板后增加湍流度，增强掺混效果。
粒子发生器装配完成后，加注液体时保证液面低于托板下表面。当气流喷管接通进气气路时，可通过调节进气压力调节雾化粒子浓度。当气流喷管通气几分钟后，已有连续稳定粒子流出，此时可通入高压气体在托板上方形成湍流回旋区，加强气体与粒子的搅动掺混，并提高粒子发生器出口的压力；气流剧烈搅动不但可以加强粒子发生器内粒子与气流掺混的均匀性，还可以在气流搅动中使体积较大的粒子在相互碰撞中附着于扰流板壁面，进而从气流中分离，保证出口气流中粒子直径分布的均匀性。

Claims (5)

1.一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，其特征在于：包括盛油箱体(1)、气流喷管(2)、托板(3)、法兰盖(5)、托板支柱(6)、扰流板(7)和射流进气口(9)，雾化气体经气流喷管(2)下部小孔喷出，气泡在液体表面破裂产生示踪粒子，示踪粒子随气流上升至托板(3)上部，在高速高压搅动气流的作用下充分掺混，从而保证粒子发生器出口处粒子的均匀性和较好的随流性；托板支柱(6)为圆柱管，用于限制托板(3)与法兰盖(5)之间的距离，螺栓通过托板(3)、托板支柱(6)，固定到法兰盖(5)上的螺纹孔内，实现对托板(3)和托板支柱(6)的固定；扰流板(7)为具有均匀排布圆孔的矩形薄板，利用托板(3)及法兰盖(5)上的径向开槽插入并固定，通过在法兰盖(5)上开槽的深度对扰流板(7)插入的深度进行限位；射流进气口(9)位于盛油箱体(1)上部偏心布置，射流气体从射流进气口(9)喷入后直接冲击扰流板(7)，增加湍流度，进而增强掺混，并且在托板(3)上方空间形成回旋气流；由于托板(3)的阻隔，回旋气流并不影响托板(3)下方空间内气流的稳定上升，从而保证示踪粒子稳定地产生并随气流向上运动。
2.根据权利要求1所述的一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，其特征在于：所述的气流喷管(2)外直径为6—10mm，底面及侧面开孔的孔径为0.5—0.8mm不等，孔径尺寸根据所选用液体粘度不同自选；喷管底面距离盛油箱体底面20—25mm。
3.根据权利要求1所述的一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，其特征在于：托板(3)上表面和法兰盖(5)下表面间距离35mm左右。
4.根据权利要求1所述的一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，其特征在于：扰流板(7)孔径3—5mm，孔距6—8mm；扰流板厚2mm；法兰盖(5)和托板(3)上的开槽宽度与扰流板(7)厚度相同，开槽深度2—4mm。
5.根据权利要求1所述的一种横向喷射搅动掺混液体示踪粒子发生器，其特征在于：该粒子发生器工作压力范围为0—1.5MPa，极限压力为2.5MPa。
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