CN106563584A - 快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器 - Google Patents

快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，包括：储气罐(2)、粉体容器(3)、纳米粒子喷注管路，所述储气罐(2)的输出口通过驱动管路连接至粉体容器(3)的输入口，所述粉体容器(3)的输出口输出包含粉体粒子的气溶胶；其中，所述储气罐(2)中存储有驱动气体，所述粉体容器(3)中存储有用于示踪的纳米粒子；所述纳米粒子喷注管路的一端连接至粉体容器(3)的输出口，喷注管路的另一端连接至旋流喷嘴，所述旋流喷嘴能够实现纳米粒子的引流以及喷射。本发明能够实现气溶胶的远程快速开关和流量可控，结合操作流程和控制时序便于加注和清理粒子；整体结构简单，操作方便，粒子布撒能力高、经济性好。

Description

快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器
技术领域
本发明涉及示踪粒子布撒技术领域，具体地，涉及一种快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器。
背景技术
大量研究表明，为了保证在高速流动中具有较好的粒子跟随性，粒径分布应该在30～200纳米左右。这些纳米量级示踪粒子颗粒度小、易潮结，将极大影响对精细结构的捕捉，难以保证粒子跟随性及其测试精度。超声速/高超声速流动测试时间往往受风洞运行方式的限制，时间相对较短。而且示踪粒子布撒环境非常恶劣，具有高温高压的特征。随着基于示踪粒子的光学测试技术的发展，对于纳米示踪粒子的流量和布撒浓度提出了更高的要求，希望在短时间内完成大流量可控浓度的示踪粒子布撒。
目前商业应用的粒子发生器和布撒装置在高速环境中难以得到真正应用或者实际布撒效果不尽如人意，主要表现在：
(1)响应慢，使得示踪粒子布撒过程太长，很难将其应用于极短试验时间的试验过程；
(2)需要人工现场操作，无法实现远程操作，容易遭遇高压气体泄漏引发的危险；
(3)示踪粒子浓度不稳定，很难保证时间序列光学图像的质量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器。
根据本发明提供的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，包括：储气罐、粉体容器，所述储气罐的输出口通过驱动管路连接至粉体容器的输入口，所述粉体容器的输出口输出包含粉体粒子的气溶胶；其中，所述储气罐中存储有驱动气体，所述粉体容器中存储有用于示踪的纳米粒子。
优选地，所述驱动管路上设置有驱动气体流量控制阀，所述驱动气体流量控制阀能够根据远程控制信号或者手动控制信号在20ms之内完成驱动气体流量实现0～20L/s范围的调节。
优选地，驱动气体经驱动管路进入粉体容器后与纳米粒子混合，形成包含纳米粒子的气溶胶，并通过设置在粉体容器的输入口位置处的气溶胶流量控制阀对流量实现0～20L/s范围的调节。
优选地，还包括压力表，所述压力表安装在储气罐的输出口处，用于监测储气罐内的气体压力。
优选地，还包括纳米粒子喷注管路，所述纳米粒子喷注管路的一端连接至粉体容器的输出口，喷注管路的另一端连接至旋流喷嘴，所述旋流喷嘴能够实现纳米粒子的引流以及喷射。
优选地，所述驱动气体流量控制阀采用快速响应阀门。
优选地，所述气溶胶流量控制阀采用耐磨蚀可控开度阀门。
优选地，包括两路喷注管路，第一路喷注管路的一端连接至粉体容器的第一粉体出口，第一路喷注管路的另一端经过第一电磁阀后连接至旋流喷嘴；
第二路喷注管路的一端连接至粉体容器的第二粉体出口，第二路喷注管路的另一端经过第二电磁阀后连接至旋流喷嘴。
优选地，所述驱动气体为干燥的氮气。
优选地，还包括移动式基座，所述移动式基座安装在粉体容器下方，此外，所述驱动管路和喷注管路均采用卡套接口，所述卡套接口为可拆卸结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中的快速响应可控浓度纳米粒子布撒器，可以满足4kg/s气溶胶流量的示踪浓度，在高温(1000K)和高压(16MPa)环境下工作，能够实现气溶胶的远程快速开关和流量可控，结合操作流程和控制时序便于加注和清理粒子。
2、本发明中气溶胶中示踪粒子平均直径能够达到纳米量级，用于高速高压示踪粒子技术和高速流动PIV系统。
3、本发明中的快速响应阀门，可以在20ms之内远程电动控制完成流量范围20L/s的开关；耐磨蚀可控开度阀门，可以对流量范围20L/s的带有纳米示踪粒子的气溶胶进行流量控制。
4、本发明中的大流量粒子发生容器采用耐高压一次旋压成型技术，具有耐高温耐高压的工作能力，提供流量4kg/s的示踪粒子气溶胶；所述供气和喷注管路采用高压快速卡套接口设计，可以快速方便拆卸。
5、本发明提供的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器能够在极短时间内完成流道开关的快速响应；且气溶胶浓度稳定可控，整体结构简单，操作方便，粒子布撒能力高、经济性好。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器的系统结构图；
图2为不同时刻的布撒效果对比图；
图2(a)为第一时刻快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器的布撒效果图；
图2(b)为第二时刻快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器的布撒效果图；
图中：
1-压力表；
2-储气罐；
3-粉体容器；
4-电磁阀
5-开度阀
6-第一粉体出口；
7-第二粉体出口；
8-第一电磁阀；
9-第二电磁阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，包括：储气罐、粉体容器，所述储气罐的输出口通过驱动管路连接至粉体容器的输入口，所述粉体容器的输出口输出包含粉体粒子的气溶胶；其中，所述储气罐中存储有驱动气体，所述粉体容器中存储有用于示踪的纳米粒子。
所述驱动管路上设置有驱动气体流量控制阀，所述驱动气体流量控制阀能够根据远程控制信号或者手动控制信号在20ms之内完成驱动气体流量实现0～20L/s范围的调节。
驱动气体经驱动管路进入粉体容器后与纳米粒子混合，形成包含纳米粒子的气溶胶，并通过设置在粉体容器的输入口位置处的气溶胶流量控制阀对流量实现0～20L/s范围的调节。
还包括压力表，所述压力表安装在储气罐的输出口处，用于监测储气罐内的气体压力。
还包括纳米粒子喷注管路，所述纳米粒子喷注管路的一端连接至粉体容器的输出口，喷注管路的另一端连接至旋流喷嘴，所述旋流喷嘴能够实现纳米粒子的引流以及喷射。
所述驱动气体流量控制阀采用快速响应阀门。
所述气溶胶流量控制阀采用耐磨蚀可控开度阀门。
包括两路喷注管路，第一路喷注管路的一端连接至粉体容器的第一粉体出口，第一路喷注管路的另一端经过第一电磁阀后连接至旋流喷嘴；
第二路喷注管路的一端连接至粉体容器的第二粉体出口，第二路喷注管路的另一端经过第二电磁阀后连接至旋流喷嘴。
所述驱动气体为干燥的氮气。
还包括移动式基座，所述移动式基座安装在粉体容器下方，此外，所述驱动管路和喷注管路均采用卡套接口，所述卡套接口为可拆卸结构。
具体地，如图1所示，包括快速响应阀门、耐磨蚀可控开度阀门、大容量纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和示踪粒子喷注管路以及远程控制器和可移动基座。所述快速响应阀门用于在20ms之内根据远程电动控制完成流量范围为0～20L/s的调节。所述耐磨蚀可控开度阀门用于对流量范围0～20L/s的带有纳米示踪粒子的气溶胶进行流量控制。所述大流量粒子发生容器采用耐高压一次旋压成型技术，具有耐高温耐高压的工作能力，提供流量4kg/s的示踪粒子气溶胶。所述供气和喷注管路采用高压快速卡套接口设计，可以快速方便拆卸。
本发明中的快速响应可控浓度纳米粒子布撒器，可以满足4kg/s气溶胶流量的示踪浓度，在高温(1000K)和高压(16MPa)环境下工作，能够实现气溶胶的远程快速开关和流量可控，结合操作流程和控制时序便于加注和清理粒子。气溶胶中示踪粒子平均直径能够达到纳米量级，用于高速高压示踪粒子技术和高速流动PIV系统。
下面结合具体实施例对本发明做更加详细的说明。
如图1所示，图1为快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器的系统结构图，包括快速响应阀门、耐磨蚀可控开度阀门、大容量纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和示踪粒子喷注管路以及远程控制器和可移动基座；其中关于气溶胶的形成装置已经在申请号为：201520228443.6，名称为：旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置，这一在先申请专利中进行了详细的描述，因此本发明不再重复解释，仅作如下简要的概括：
旋流导引式高压纳米粒子气溶胶生成装置包括：带有耐高压旋压成型的纳米示踪粒子容器、高速旋流导引喷嘴、高压干燥氮气驱动管路和气溶胶喷注管路，所述纳米示踪粒子容器为一次性旋压成型，其底部采用流化床，结合高速旋流导引喷嘴，在高压干燥氮气驱动系统作用下，使容器内强化混合的龙卷风结构，使纳米示踪粒子与高压气流充分掺混，形成纳米粒子气溶胶，由喷注管路注入待测试验段。
图2(a)、图2(b)所示的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器实施例的布撒效果图，可以看出，试验过程中不同时刻的纳米粒子布撒浓度稳定且均匀性较好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，包括：储气罐(2)、粉体容器(3)，所述储气罐(2)的输出口通过驱动管路连接至粉体容器(3)的输入口，所述粉体容器(3)的输出口输出包含粉体粒子的气溶胶；其中，所述储气罐(2)中存储有驱动气体，所述粉体容器(3)中存储有用于示踪的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，所述驱动管路上设置有驱动气体流量控制阀，所述驱动气体流量控制阀能够根据远程控制信号或者手动控制信号在20ms之内完成驱动气体流量实现0～20L/s范围的调节。
3.根据权利要求1所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，驱动气体经驱动管路进入粉体容器(3)后与纳米粒子混合，形成包含纳米粒子的气溶胶，并通过设置在粉体容器(3)的输入口位置处的气溶胶流量控制阀对流量实现0～20L/s范围的调节。
4.根据权利要求1所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，还包括纳米粒子喷注管路，所述纳米粒子喷注管路的一端连接至粉体容器(3)的输出口，喷注管路的另一端连接至旋流喷嘴，所述旋流喷嘴能够实现纳米粒子引流以及喷射。
5.根据权利要求2所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，所述驱动气体流量控制阀采用快速响应阀门。
6.根据权利要求3所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，所述气溶胶流量控制阀采用耐磨蚀可控开度阀门。
7.根据权利要求1所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，包括两路喷注管路，第一路喷注管路的一端连接至粉体容器(3)的第一粉体出口(6)，第一路喷注管路的另一端经过第一电磁阀(8)后连接至旋流喷嘴；
第二路喷注管路的一端连接至粉体容器(3)的第二粉体出口(7)，第二路喷注管路的另一端经过第二电磁阀(9)后连接至旋流喷嘴。
8.根据权利要求1所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，所述驱动气体为干燥的氮气。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的快速响应可控浓度大流量纳米粒子布撒器，其特征在于，还包括移动式基座，所述移动式基座安装在粉体容器下方，此外，所述驱动管路和喷注管路均采用卡套接口，所述卡套接口为可拆卸结构。
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