CN110201812A - 一种液滴碰撞发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液滴碰撞发生装置，主要分为液滴发生模块、拍摄模块和单片机；流量型蠕动泵为第一液滴发生器和第二液滴发生器的供液装置，可控制产生液滴的粒径，气泵为第一液滴发生器和第二液滴发生器的供气装置，可赋予液滴初速度，单片机分别与第一步进电机、第二步进电机相连，可控制第一液滴发生器和第二液滴发生器的碰撞角度；高速摄像机固定在载物台上，载物台通过第一直线轴承、第二直线轴承和第一滑动导轨、第二滑动导轨相连，单片机与第三步进电机相连，控制摄像机的上下移动，对液滴碰撞过程进行拍摄。本装置可以精确控制液滴的粒径与速度，实时控制液滴碰撞的角度，装置简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明属于液滴发生和碰撞技术领域，特别涉及一种速度、粒径、碰撞角度可控的液滴碰撞发生装置。
背景技术
液滴碰撞现象普遍存在于自然界及工业领域，在喷雾燃烧、生物制药、航空航天以及乳制品加工等化工工程中有着更加广泛的应用，深入开展液滴碰撞的研究具有重要的理论和现实意义。而液滴种类、液滴直径、液滴碰撞速度及角度等对液滴碰撞结果具有重要影响。
液滴发生装置主要用于液滴的变形、碰撞、破碎等现象观察实验。目前，已有的液滴发生装置，大多结构复杂，实现成本高，不能较好的实现液滴速度、粒径及角度的精准控制，而且目前没有成熟的液滴发生装置可以控制液滴的速度。
申请号为CN109682725A的中国专利《参数可调型微小液滴发生装置及其使用方法》公开了一种参数可调型的微小液滴发生装置及其使用方法，该装置可产生不同直径和不同速度的液滴，并预测液滴直径和速度对农药液滴在植物表面润湿特性的影响，能够实现多个液滴的碰撞融合现象。该装置能够实现的液滴碰撞角度没有说明，对两液滴间碰撞过程的实现存在局限性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种速度、粒径、角度可控的液滴碰撞发生装置。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种液滴碰撞发生装置，包括液滴发生模块、拍摄模块和单片机；流量型蠕动泵为第一液滴发生器和第二液滴发生器的供液装置，可控制产生液滴的粒径，气泵为第一液滴发生器和第二液滴发生器的供气装置，可赋予液滴初速度，单片机分别与第一步进电机、第二步进电机相连，可控制第一液滴发生器和第二液滴发生器的碰撞角度；高速摄像机固定在载物台上，载物台通过第一直线轴承、第二直线轴承和第一滑动导轨、第二滑动导轨相连，单片机与第三步进电机相连，控制摄像机的上下移动，对液滴碰撞过程进行拍摄。
进一步的，所述的液滴发生模块包括气泵、第一步进电机、第二步进电机、第一液滴发生器、第二液滴发生器和流量型蠕动泵，流量型蠕动泵和单片机固定在底座上，第一液滴发生器通过第一输气硅胶管与气泵相连，通过第一输液硅胶管与流量型蠕动泵相连，第二液滴发生器通过第二输气硅胶管与气泵相连，通过第二输液硅胶管与流量型蠕动泵相连，通过调节流量型蠕动泵流量，控制产生液滴的粒径，通过将第一输气硅胶管的稳定气流通到第一液滴发生器的两侧，将第二输气硅胶管的稳定气流通到第二液滴发生器的两侧，赋予液滴初速度。第一步进电机、第二步进电机分别与第一液滴发生器、第二液滴发生器以及单片机相连，可实现液滴发生器的碰撞角度调节。
进一步的，所述的拍摄模块包括第一滑动导轨、第二滑动导轨、载物台、第一直线轴承、第二直线轴承、高速摄像机、第一传动轮、第三步进电机、第二传动轮、皮带和丝杆，高速摄像机固定在载物台上，载物台通过第一直线轴承、第二直线轴承分别和第一滑动导轨、第二滑动导轨相连，第一传动轮与第三步进电机相连，第二传动轮与丝杆相连，第三步进电机与单片机相连，通过单片机控制第三步进电机转动，实现高速摄像机的上下移动调节，可对液滴碰撞过程进行拍摄。
本发明相比现有技术有如下优点：本发明提供的液滴碰撞装置主要包括液滴发生模块、拍摄模块和单片机。通过流量型蠕动泵可精准控制产生液滴的粒径，通过将气泵连接到液滴发生器的两侧赋予液滴初速度，通过单片机可实时控制液滴的碰撞角度，保证了碰撞前液滴的球形度和稳定性，装置简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明液滴碰撞发生装置的正视图；
图2为本发明液滴碰撞发生装置的左视图；
图3为本发明液滴碰撞装置拍摄模块的结构放大图；
图4为本发明液滴碰撞原理的二维示意图；
图中：液滴发生模块1、气泵11、第一步进电机110、第二步进电机111、第一输气硅胶管12、第二输气硅胶管13、第一液滴发生器14、第二液滴发生器15、第一输液硅胶管16、第二输液硅胶管17、流量型蠕动泵18、底座19、拍摄模块2、第一滑动导轨21、第一传动轮210、第三步进电机211、第二滑动导轨22、载物台23、第一直线轴承24、第二直线轴承25、高速摄像机26、丝杆27、第二传动轮28。
具体实施方式
参照图1至图4对本发明做进一步说明。
如图1-2所示，一种粒径、速度、角度可控的液滴碰撞发生装置，一种液滴碰撞发生装置，其特征在于，包括液滴发生模块1、拍摄模块2和单片机3，所述的液滴发生模块1包括气泵11、第一步进电机110、第二步进电机111、第一液滴发生器14、第二液滴发生器15和流量型蠕动泵18，流量型蠕动泵18和单片机3固定在底座19上，所述第一液滴发生器14通过第一输气硅胶管12与气泵11相连，通过第一输液硅胶管16与流量型蠕动泵18相连，所述第二液滴发生器通过第二输气硅胶管13与气泵11相连，通过第二输液硅胶管17与流量型蠕动泵18相连，通过调节流量型蠕动泵18流量，控制产生液滴的粒径，通过将第一输气硅胶管12的稳定气流通到第一液滴发生器14的两侧，将第二输气硅胶管13的稳定气流通到第二液滴发生器15的两侧，赋予液滴初速度。所述第一步进电机110与第一液滴发生器14、单片机3相连，所述第二步进电机111与第二液滴发生器15、单片机3相连，可实现液滴发生器的碰撞角度调节。所述的拍摄模块2包括第一滑动导轨21、第二滑动导轨22、载物台23、第一直线轴承24、第二直线轴承25、高速摄像机26、丝杆27，所述高速摄像机26固定在载物台23上，通过第一直线轴承24、第二直线轴承25分别和第一滑动导轨21、第二滑动导轨22相连，实现高速摄像机的上下移动调节，可对液滴碰撞过程进行拍摄。
如图3所示拍摄模块(2)中还设有第一传动轮210，第三步进电机211、第二传动轮28、皮带29，所述第一传动轮210与第三步进电机211相连，第三步进电机211与单片机3相连，第二传动轮28与丝杆27相连，通过单片机3控制第三步进电机211转动，控制高速摄像机26的上下移动，实现液滴碰撞的拍摄。
如图4所示，液滴发生器通过输液硅胶管与流量型蠕动泵相连，通过确定产生液滴的粒径控制蠕动泵的流量，公式为：QLt-πd2L/4＝πD3/6，QL为蠕动泵流量，t为蠕动泵通液时间，d为输液软胶管内径，L为输液软胶管长度，D为产生液滴的粒径；气泵通过输气硅胶管将稳定气流通到液滴发生器的两侧，赋予液滴初速度，公式为：Qq＝πd2v/4，Qq为气泵流量，v为气体流速，液滴碰撞时水平方向的速度为vL＝vcosθ，θ为液滴碰撞角度。单片机分别与液滴发生器和高速摄像机相连，可控制液滴发生器的碰撞角度以及碰撞过程的拍摄。所述单片机均可采用51单片机，但不限于此。
Claims (3)
1.一种液滴碰撞发生装置，其特征在于，包括液滴发生模块（1）、拍摄模块（2）和单片机（3）；所述液滴发生模块（1）包括气泵（11）、第一步进电机（110）、第二步进电机（111）、第一液滴发生器（14）、第二液滴发生器（15）和流量型蠕动泵（18），所述气泵（11）、流量型蠕动泵（18）分别为第一液滴发生器（14）、第二液滴发生器（15）的供气和供液装置，可产生速度和粒径可控的液滴，所述第一步进电机（110）、第二步进电机（111）和单片机（3）相连，可控制液滴发生器的碰撞角度；所述的拍摄模块（2）包括第一滑动导轨（21）、第一传动轮（210），第三步进电机（211）、第二滑动导轨（22）、载物台（23）、第一直线轴承（24）、第二直线轴承（25）、高速摄像机（26）、丝杆（27）、第二传动轮（28）、皮带（29），所述高速摄像机（26）固定在载物台（23）上，载物台（23）通过第一直线轴承（24）、第二直线轴承（25）分别和第一滑动导轨（21）、第二滑动导轨（22）相连，所述第一传动轮（210）与第三步进电机（211）相连，第二传动轮（28）与丝杆（27）相连，第三步进电机（211）与单片机（3）相连，通过单片机（3）控制第三步进电机（211）转动，控制高速摄像机（26）的上下移动，实现液滴碰撞的拍摄。
2.根据权利要求1所述的液滴碰撞发生装置，其特征在于：所述的液滴发生模块（1）包括气泵（11）、第一步进电机（110）、第二步进电机（111）、第一液滴发生器（14）、第二液滴发生器（15）和流量型蠕动泵（18），所述流量型蠕动泵（18）和单片机（3）固定在底座（19）上，所述第一液滴发生器（14）通过第一输气硅胶管（12）与气泵（11）相连，通过第一输液硅胶管（16）与流量型蠕动泵（18）相连，所述第二液滴发生器通过第二输气硅胶管（13）与气泵（11）相连，通过第二输液硅胶管（17）与流量型蠕动泵（18）相连，通过调节流量型蠕动泵（18）流量，控制产生液滴的粒径，通过将第一输气硅胶管（12）的稳定气流通到第一液滴发生器（14）的两侧，将第二输气硅胶管（13）的稳定气流通到第二液滴发生器（15）的两侧，赋予液滴初速度，所述第一步进电机（110）与第一液滴发生器（14）、单片机（3）相连，所述第二步进电机（111）与第二液滴发生器（15）、单片机（3）相连，可实现液滴发生器的碰撞角度调节。
3.根据权利要求1所述的液滴碰撞发生装置，其特征在于：所述的拍摄模块（2）包括第一滑动导轨（21）、第一传动轮（210），第三步进电机（211）、第二滑动导轨（22）、载物台（23）、第一直线轴承（24）、第二直线轴承（25）、高速摄像机（26）、丝杆（27）、第二传动轮（28）、皮带（29），所述高速摄像机（26）固定在载物台（23）上，载物台（23）通过第一直线轴承（24）、第二直线轴承（25）分别和第一滑动导轨（21）、第二滑动导轨（22）相连，所述第一传动轮（210）与第三步进电机（211）相连，第二传动轮（28）与丝杆（27）相连，第三步进电机（211）与单片机（3）相连，通过单片机（3）控制第三步进电机（211）转动，控制高速摄像机（26）的上下移动，实现液滴碰撞的拍摄。
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