CN113049221B - 一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置及其实验方法，该装置包括气源装置、支架、座板组件、滑台组件、传动组件、横梁组件、PLC单片机、变频器、面板和透明容器，该装置可无级调节转轴的转速，满足研究不同转向、不同转速、运行时间对气泡生成及运动规律的影响。该方法采用前述立式水模拟实验装置，以澄清水为介质替代不透明的铝合金熔体，选用透明亚克力圆筒作为盛装水介质的容器，通过观测通入的气体在水中的演变过程，实现对铝合金熔体炉外净化过程的相似模拟。该方法能够直观观察记录透明容器中流场速度分布、气泡分布及大小，最终实现对不透明铝合金熔体气‑液两相流场的准确预测。

Description

一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，具体是指一种可用于定性定量描述、分析铝合金熔体炉外旋转喷吹净化过程流场特性的立式水模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

目前，国内外普遍采用水模拟实验技术研究铝合金炉外精炼净化过程中的气泡分布的情况、气泡大小变化的特性、气液界面行为及流场结构特点等性能指标。为了体现出铝合金炉外精炼净化过程流动（原型）的主要现象，并做出准确预测，水模拟实验在几何尺寸、运动状态和轨迹、动力特性等方面对实验装置（模型）有很高的要求：模型和原型必须保持严格的流动力学相似关系。然而，国内对立式水模拟实验装置的研发重视不够，现有的一些立式水模拟实验装置达不到完全相似的程度，导致试验结果与实际数据之间存在较大误差，具体来说，国内立式水模拟实验装置存在以下不足：

1、不能实现气体经由叶轮喷嘴径向射入水中形成气泡的物理场景；

2、气体流量及叶轮与圆筒底部之间距离不能精准调节；

3、不具备编程控制转子的转速、转向、运行时间的功能。

上述不足，直接影响了气-液两相流测试结果的可靠性，进而制约了铝合金炉外精炼净化工艺的改进。因此，有必要开发出一种仪器级的立式水模拟实验装置，通过对可视化流场的定性定量地描述，掌握各影响因素对气泡的大小、分散程度及运动状的作用机理与规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置及其实验方法，采用该装置进行水模拟实验，能够直观观察记录透明容器中流场速度分布、气泡分布及大小，最终实现对不透明铝合金熔体气-液两相流场的准确预测。

解决上述技术问题的技术方案是：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，包括气源装置、支架、座板组件、滑台组件、传动组件、横梁组件、变频器、面板、透明容器和用于控制传动组件的PLC单片机；

所述座板组件包括U形框架、卡板、下支撑板、盖板和指针，所述盖板安装在U形框架侧面，所述卡板和下支撑板分别安装在U形框架前端面的上端和下端，所述指针固定在U形框架上；

所述滑台组件包括丝杆、丝杆螺母、滑台手轮和互相配合的燕尾滑块座、燕尾滑块，所述丝杆及丝杆螺母位于燕尾滑块座内，丝杆螺母与燕尾滑块连接，所述丝杆一端穿出燕尾滑块座并通过轴承座与滑台手轮连接，所述燕尾滑块上设置有用于定位燕尾滑块与燕尾滑块座位置的锁紧螺钉，燕尾滑块座和燕尾滑块间设置有用于调节间隙的垫片；

所述传动组件包括旋转接头、电机、空心转轴和多孔叶轮，所述空心转轴的上端和下端分别与旋转接头、多孔叶轮连接，所述空心转轴上安装有从动带轮，电机输出轴上安装有主动带轮，从动带轮和主动带轮通过传动带连接，所述多孔叶轮是其上开有多个径向喷射孔的叶轮结构，所述径向喷射孔与空心转轴连通；

所述横梁组件包括U形弯曲件、固定在U形弯曲件两侧的左安装板和右安装板；

所述横梁组件的U形弯曲件固定在支架上，所述滑台组件的燕尾滑块座固定在横梁组件的U形弯曲件上，燕尾滑块与座板组件的U形框架后端面连接，所述传动组件的电机固定在座板组件的U形框架内，旋转接头安装在卡板上，空心转轴通过轴承安装在U形框架和下支撑板上，所述面板与横梁组件连接，面板上设置有触摸屏，触摸屏、PLC单片机和变频器形成工作回路，面板上开有指示窗口，指示窗口旁通过可拆卸方式安装有刻度尺Ⅰ，所述座板组件的指针位于面板的指示窗口内，所述横梁组件左侧平台和右侧平台相对的端面上分别安装有左线形导轨和右线形导轨，座板组件的盖板和U形框架外侧上设置有分别与左线形导轨和右线形导轨配合的左定位滑块和右定位滑块，所述透明容器位于传动组件的下方，多孔叶轮位于透明容器内，所述气源装置通过流量阀、流量计及气管与传动组件的旋转接头连接。

所述支架由两对异形支柱组成，横梁组件的U形弯曲件固定在两对异形支柱上。

所述空心转轴通过上轴承、中轴承和下轴承安装在座板组件的U形框架和下支撑板上。

所述PLC单片机包括RS485选件板、导线和通讯线。

所述透明容器是透明亚克力圆筒，该透明亚克力圆筒下方放置有底座，该透明亚克力圆筒上设置有刻度尺Ⅱ。

本发明的另一技术方案是：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验方法，采用上述的铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，包括以下步骤：

步骤一：校正多孔叶轮位置

放松滑台组件的锁紧螺钉，旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向下移动，并带动座板组件和传动组件同步下移，直至多孔叶轮抵达至透明容器的底部，接着，调整刻度尺Ⅰ的位置，使刻度尺Ⅰ的“零”刻度与指针位置对正；

步骤二：调整多孔叶轮位置

再次旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向上滑动，并带动多孔叶轮上移，以调整多孔叶轮与透明容器底部之间的距离，当指针到达面板刻度尺窗口的所需刻度位置时，上紧滑台组件的锁紧螺钉；

步骤三：按比例注入水介质

按照固定比例往透明容器中注入水，直至达到所需水位；

步骤四：编程设计

在操作面板的触摸屏上，分别输入空心转轴的转速、转向、运行时间的工艺参数，建立运行程序；

步骤五：调定通气流量

打开气源装置，使气体从气源装置中经气管流出，再从旋转接头流入空心转轴内，气体抵达多孔叶轮，经多孔叶轮射入水中，形成气泡；然后调节流量阀，直至气体流量稳定在所需设定值；

步骤六：调试相机

选用数码相机记录气泡分散、大小及运行轨迹变化的图像，并根据观察的幅面尺度的需要，调整数码相机的位置、镜头高度及焦距；

步骤七：运行程序

按下触摸屏的启动按键，使转轴按照设定程序运行；

步骤八：成像拍摄

程序运行的同时，启动数码相机的高速连拍功能，捕获“气-液”流场瞬间变化的信息。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.采用该装置可以方便地控制空心转轴的正反转，并可无级调节空心转轴的转速，满足研究不同转向、不同转速、运行时间对气泡生成及运动规律的影响。

2.采用该装置可以精确调节多孔叶轮在透明容器中的不同位置，满足研究多孔叶轮不同位置对气泡生成及运动规律的影响，以便优化工艺。

3.多孔叶轮有利于气泡均匀悬浮，侧面开有大量的气孔作为喷嘴，可生成大量小气泡，并可测量其大小。

4.本发明借助高速摄影技术，可直观可视地观察研究微小气泡生成及运动轨迹。

5.本发明制备方法简单、便捷，装置结构合理，易于操作，使用可靠。

下面，结合附图和实施例对本发明之铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置及其实验方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置主视图。

图2：本发明之铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置俯视图。

图3：本发明之铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置立体图之一（省略气源装置、气管等部件）。

图4：本发明之铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置立体图之二（省略气源装置、气管等、透明容器等部件）。

图5：本发明之横梁组件结构示意图。

图6：本发明之座板组件主视图。

图7：本发明之座板组件俯视图。

图8：本发明之滑台组件结构示意图。

图9：本发明之传动组件结构示意图。

图10：本发明之横梁组件安装在支架上的结构示意图。

图11：本发明之横梁组件、滑台组件和座板组件装配示意图。

图12：本发明之多孔叶轮与空心转轴装配示意图。

图13：本发明之旋转接头与空心转轴装配示意图。

图14：本发明之多孔叶轮结构示意图。

图15：本发明之面板结构示意图。

图16：本发明实验过程中气泡分布效果图。

图中：1-气管，2-气源装置，3-气源手轮，4-流量阀，5-流量计，6-支架，61-异形支柱，7-触摸屏，8-面板，9-透明容器，10-底座，11-刻度尺Ⅱ，12-变频器，13-右线形导轨。

14-座板组件，141-卡板，142-U形框架，143-下支撑板，144-指针，145-盖板。

15-滑台组件，151-燕尾滑块座，152-燕尾滑块，153-锁紧螺钉，154-丝杆螺母，155-丝杆，156-轴承座，157-滑台手轮，158-垫片。

16-传动组件，161-旋转接头，162-电机，163-主动带轮，164-传动带，165-从动带轮，166-空心转轴，167-多孔叶轮，1671-径向喷射孔，168-上轴承，169-中轴承，1610-下轴承。

17-横梁组件，171-U形弯曲件，172-左安装板，173-右安装板。

18- PLC单片机，19-左线形导轨，20-左定位滑块，21-右定位滑块，22-O形密封圈，23-刻度尺Ⅰ。

具体实施方式

实施例1：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，如图1-图15所示，包括气源装置2、支架6、座板组件14、滑台组件15、传动组件16、横梁组件17、变频器12、面板8、透明容器9和用于控制传动组件的PLC单片机18。所述PLC单片机和变频器安装在横梁组件上。

所述座板组件14包括U形框架142、卡板141、下支撑板143、盖板145和指针144，所述盖板安装在U形框架侧面，所述卡板和下支撑板分别安装在U形框架前端面的上端和下端，所述指针固定在U形框架上。

所述滑台组件15包括丝杆155、丝杆螺母154、滑台手轮157和互相配合的燕尾滑块座151、燕尾滑块152，所述丝杆及丝杆螺母位于燕尾滑块座内，丝杆螺母与燕尾滑块连接，所述丝杆一端穿出燕尾滑块座并通过轴承座156与滑台手轮连接，所述燕尾滑块上设置有用于定位燕尾滑块与燕尾滑块座位置的锁紧螺钉153，所述燕尾滑块座151和燕尾滑块152相接触的一侧边设置有用于调节间隙的垫片158，锁紧螺钉153拧紧时顶紧该垫片158。

所述传动组件16包括旋转接头161、电机162、空心转轴166和多孔叶轮167，采用高精度塑料丝熔融沉积3D打印机成型多孔叶轮，所述空心转轴的上端和下端分别与旋转接头、多孔叶轮连接，所述空心转轴上安装有从动带轮165，电机输出轴上安装有主动带轮163，从动带轮和主动带轮通过传动带164连接，所述多孔叶轮是其上开有多个径向喷射孔1671的叶轮结构，所述径向喷射孔与空心转轴连通。

所述横梁组件17包括U形弯曲件171、固定在U形弯曲件两侧的左安装板172和右安装板173。

所述横梁组件的U形弯曲件171固定在支架6上，所述滑台组件的燕尾滑块座151固定在横梁组件的U形弯曲件上，燕尾滑块与座板组件的U形框架后端面连接，所述传动组件的电机固定在座板组件的U形框架142内，旋转接头161安装在卡板141上，空心转轴166通过轴承安装在U形框架142和下支撑板143上，所述面板8与横梁组件连接，面板上设置有触摸屏7，触摸屏、PLC单片机和变频器形成工作回路，面板上开有指示窗口，指示窗口旁通过可拆卸方式安装有刻度尺Ⅰ23，所述座板组件的指针144位于面板的指示窗口内，所述横梁组件左侧平台和右侧平台相对的端面上分别安装有左线形导轨19和右线形导轨13，座板组件的盖板和U形框架外侧上设置有分别与左线形导轨19和右线形导轨13配合的左定位滑块20和右定位滑块21，所述透明容器位于传动组件的下方，多孔叶轮位于透明容器内，所述气源装置2通过流量阀4、流量计5及气管1与传动组件的旋转接头161连接。

本实施例中，所述的气源装置是高压气瓶，流量计采用玻璃转子流量计，多孔叶轮直径为110mm，径向设置有144个0.5mm径向喷射孔（根据铝合金精炼工艺中叶轮的实际尺寸220mm，按照1:2的比例，采用高精度塑料丝熔融沉积3D打印机成型多孔叶轮）。

本实施例中，所述支架6由两对异形支柱61通过双头螺栓构成稳固的结构，横梁组件的U形弯曲件171固定在两对异形支柱上。

本实施例中，所述空心转轴166通过上轴承168、中轴承169和下轴承1610安装在座板组件14的U形框架和下支撑板上。空心转轴与上轴承、中轴承、下轴承、从动带轮等均是间隙配合，并以螺钉紧固。

本实施例中，所述PLC单片机16包括RS485选件板、导线和通讯线。

本实施例中，所述透明容器9是透明亚克力圆筒，直径440mm，高450mm（铝合金精炼工艺中转运包内胆直径880mm，内胆高800mm，铝合金熔体高610mm，透明亚克力圆筒尺寸按照1:2的比例制备），其中心轴线与空心转轴的中心轴线对正，该透明亚克力圆筒下方放置有底座10，该透明亚克力圆筒上设置有刻度尺Ⅱ11。

本实施例中，刻度尺Ⅰ可采用子母贴粘接的可拆卸方式安装在面板的指示窗口侧面，以便于调整刻度尺Ⅰ，使其零点位置与指针对齐。

实施例2：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，其基本结构与实施例1相同，不同之处在于：多孔叶轮直径为90mm，径向设置有120个0.5mm径向喷射孔（根据铝合金精炼工艺中叶轮的实际尺寸220mm，按照1:2.5的比例，采用高精度塑料丝熔融沉积3D打印机成型多孔叶轮），透明亚克力圆筒的直径350mm，高350mm（铝合金精炼工艺中转运包内胆直径880mm，内胆高800mm，铝合金熔体高610mm，透明亚克力圆筒尺寸按照1:2.5的比例制备）。

实施例3：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，其基本结构与实施例1相同，不同之处在于：多孔叶轮直径为70mm，径向设置有96个0.5mm径向喷射孔（根据铝合金精炼工艺中叶轮的实际尺寸220mm，按照1:3的比例，采用高精度塑料丝熔融沉积3D打印机成型多孔叶轮），透明亚克力圆筒的直径300mm，高350mm（铝合金精炼工艺中转运包内胆直径880mm，内胆高800mm，铝合金熔体高610mm，透明亚克力圆筒尺寸按照1:3的比例制备）。

本发明的设计构思及工作原理为：

1.为了增加机构运行的整体稳定性，减小因弹性变形引起的振动，在设计方面具体采用了如下措施：

①采用异形支柱61与横梁组件17连接成稳固的支架。将传动组件16安装在座板组件14上，座板组件14通过滑台组件15、横梁组件17的右定位滑块21和左定位滑块20与支架连接。其中，滑台组件15的导轨为燕尾槽和平面导轨型结构，右定位滑块21的导轨和左定位滑块20的导轨采用线轨型结构，以进一步减小传动机构16因悬空而引起的弹性变形，从而达到降低传动机构16运行时的振动。

②利用对称平衡布局设计，进一步增加整体机构的刚度，规避机构固有共振频率，以减小空心转轴166运行时的摆动，具体有：a）将电机162的轴心线与支架的几何中心对齐；b) 使空心转轴166外圆同轴度精度为±0.5 mm；c) 使安装在座板组件14的空心转轴166的轴心线与支架的几何中心对齐；d) 将安装在空心转轴166上的从动带轮165置于上轴承168、中轴承169之间；e) 主动带轮163与从动带轮平齐；f) 采用三组轴承支撑空心转轴166。

2.在多孔叶轮定位方面，转动滑台组件15的滑台手轮157使燕尾滑块152沿着丝杆向下移动，并带动座板组件14、传动组件16下移。当多孔叶轮167接触透明容器9的底部后，调整刻度尺Ⅰ的位置，使刻度尺Ⅰ的“零”刻度与指针位置对正。随后，根据实际需要，旋转滑台手轮157，使座板组件14、传动组件16上移。当指针144移动到所需位置后，旋紧锁紧螺钉153从而锁定燕尾滑块152的位置。刻度尺Ⅰ的最小刻度为毫米，因而，本机构中多孔叶轮167与透明容器之间的位置精度可以控制在1毫米以内，完全满足工程应用需要。

3.在气路方面，空心转轴166的一端与旋转接头161通过紧定螺钉连为一体，另一端也通过螺钉与多孔叶轮167连为一体。由于空心转轴166与多孔叶轮167之间、空心转轴166与旋转接头161之间，均安装O形密封圈形成过盈配合，确保气体不会发生泄漏。旋松气源手轮3，气体即由气源装置2流出，经流量阀4、流量计5、气管1、旋转接头161、空心转轴166后，流至多孔叶轮167，并经其径向喷射孔射出。流量计5的最小刻度为1L/min，故通过调节流量阀4，即可对通气流量实现1L/min的精确控制。

4.考虑到当“气-液”两相流达到稳定时，水流对气泡的剪切作用下降，导致气泡分散、破碎效果变差。为了提高气泡分散、破碎效果，探索出新工艺，本装置中，空心转轴166与旋转接头161及空心转轴166与多孔叶轮167均并以螺钉紧固连接，为正反转运行提供了条件，因而，本装置可以利用反转功能破坏流场的稳定，使得水流对气泡的剪切作用增强。其具体实现方式，如下：采用PLC单片机16经由RS485选件板、导线，与变频器、触摸屏连接成控制回路，从而对电机162转动的方向、转速和运行时间进行精准调节控制。

5.在水模拟观测方面，澄清的水及透明亚克力圆筒为直观观察“气-液”两相流创造了条件，而且透明亚克力圆筒外部安装的刻度尺Ⅱ（钢直尺）最小刻度为毫米，因而，高速相机可以清晰地捕获毫米级精度大小的气泡及其运行轨迹。

实施例4：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验方法，采用如实施例1所述的铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，以澄清水为介质替代不透明的铝合金熔体，选用透明亚克力圆筒作为盛装水介质的容器，通过观测通入的气体在水中的演变过程，实现对铝合金熔体炉外净化过程的相似模拟。包括以下步骤：

步骤一：校正多孔叶轮位置

放松滑台组件的锁紧螺钉，旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向下移动，并带动座板组件和传动组件同步下移，直至多孔叶轮抵达至透明容器的底部，接着，调整刻度尺Ⅰ的位置，使刻度尺Ⅰ的“零”刻度与指针位置对正；

步骤二：调整多孔叶轮位置

再次旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向上滑动，并带动多孔叶轮上移，以调整多孔叶轮与透明容器底部之间的距离，当指针到达面板刻度尺窗口的40mm位置时，上紧滑台组件的锁紧螺钉，使多孔叶轮与透明亚克力圆筒底部之间的距离固定在为40mm；

步骤三：按比例注入水介质

按照1:2固定比例往透明容器中注入水（室温的澄清水），直至达到310mm水位（转运包容纳铝合金熔体高610mm）；

步骤四：编程设计

在操作面板的触摸屏上，按表1所列的工艺参数，分别输入空心转轴的转速、转向、运行时间的工艺参数，建立运行程序；

表1 程序工艺参数表

步骤五：调定通气流量

打开气源装置，使气体（N₂或Ar）从气源装置中经气管流出，再从旋转接头流入转轴的中心通孔，抵达多孔叶轮，经多孔叶轮射入水中，形成气泡；然后调节流量阀，直至气体流量稳定在5L/min；

步骤六：调试相机

选用尼康Z5单反数码相机记录气泡分散、大小及运行轨迹变化的图像，并根据观察的幅面尺度的需要，调整数码相机的位置、镜头高度及焦距；

步骤七：运行程序

按下触摸屏的启动按键，使转轴按照设定程序运行；

步骤八：成像拍摄

程序运行的同时，启动数码相机的高速连拍功能，捕获“气-液”流场瞬间变化的信息。

实施例5：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验方法，采用如实施例2所述的铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，其基本步骤与实施例4相同，不同之处在于：

步骤二中，使多孔叶轮与透明亚克力圆筒底部之间的距离固定在为60mm；

步骤三中，按照1:2.5固定比例注水至250 mm水位，

步骤四中，按表2所列的工艺参数，建立运行程序；

表2 程序工艺参数表

步骤五中，气体流量稳定在3L/min。

实施例6：一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验方法，采用如实施例3所述的铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，其基本步骤与实施例4相同，不同之处在于：

步骤三中，按照1:3固定比例注水至210 mm水位，

步骤四中，按表3所列的工艺参数，建立运行程序；

表3 程序工艺参数表

步骤五中，气体流量稳定在4L/min。

Claims (2)

1.一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，其特征在于：包括气源装置（2）、支架（6）、座板组件（14）、滑台组件（15）、传动组件（16）、横梁组件（17）、变频器（12）、面板（8）、透明容器（9）和用于控制传动组件的PLC单片机（18）；

所述座板组件（14）包括U形框架（142）、卡板（141）、下支撑板（143）、盖板（145）和指针（144），所述盖板安装在U形框架侧面，所述卡板和下支撑板分别安装在U形框架前端面的上端和下端，所述指针固定在U形框架上；

所述滑台组件（15）包括丝杆（155）、丝杆螺母（154）、滑台手轮（157）和互相配合的燕尾滑块座（151）、燕尾滑块（152），所述丝杆及丝杆螺母位于燕尾滑块座内，丝杆螺母与燕尾滑块连接，所述丝杆一端穿出燕尾滑块座并通过轴承座（156）与滑台手轮连接，所述燕尾滑块上设置有用于定位燕尾滑块与燕尾滑块座位置的锁紧螺钉（153），燕尾滑块座和燕尾滑块间设置有用于调节间隙的垫片（158）；

所述传动组件（16）包括旋转接头（161）、电机（162）、空心转轴（166）和多孔叶轮（167），所述空心转轴的上端和下端分别与旋转接头、多孔叶轮连接，所述空心转轴上安装有从动带轮（165），电机输出轴上安装有主动带轮（163），从动带轮和主动带轮通过传动带（164）连接，所述多孔叶轮是其上开有多个径向喷射孔（1671）的叶轮结构，所述径向喷射孔与空心转轴连通；

所述横梁组件（17）包括U形弯曲件（171）、固定在U形弯曲件两侧的左安装板（172）和右安装板（173）；

所述横梁组件的U形弯曲件（171）固定在支架（6）上，所述滑台组件的燕尾滑块座（151）固定在横梁组件的U形弯曲件上，燕尾滑块与座板组件的U形框架后端面连接，所述传动组件的电机固定在座板组件的U形框架（142）内，旋转接头（161）安装在卡板（141）上，空心转轴（166）通过轴承安装在U形框架（142）和下支撑板（143）上，所述面板（8）与横梁组件连接，面板上设置有触摸屏（7），触摸屏、PLC单片机和变频器形成工作回路，面板上开有指示窗口，指示窗口旁通过可拆卸方式安装有刻度尺Ⅰ（23），所述座板组件的指针（144）位于面板的指示窗口内，所述横梁组件左侧平台和右侧平台相对的端面上分别安装有左线形导轨（19）和右线形导轨（13），座板组件的盖板和U形框架外侧上设置有分别与左线形导轨（19）和右线形导轨（13）配合的左定位滑块（20）和右定位滑块（21），所述透明容器位于传动组件的下方，多孔叶轮位于透明容器内，所述气源装置（2）通过流量阀（4）、流量计（5）及气管（1）与传动组件的旋转接头（161）连接；

所述支架（6）由两对异形支柱（61）组成，横梁组件的U形弯曲件（171）固定在两对异形支柱上；

所述空心转轴（166）通过上轴承（168）、中轴承（169）和下轴承（1610）安装在座板组件（14）的U形框架和下支撑板上；

所述PLC单片机（18 ）包括RS485选件板、导线和通讯线；

所述透明容器（9）是透明亚克力圆筒，该透明亚克力圆筒下方放置有底座（10），该透明亚克力圆筒上设置有刻度尺Ⅱ（11）。

2.一种铝熔体净化过程的立式水模拟实验方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的铝熔体净化过程的立式水模拟实验装置，包括以下步骤：

步骤一：校正多孔叶轮位置

放松滑台组件的锁紧螺钉，旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向下移动，并带动座板组件和传动组件同步下移，直至多孔叶轮抵达至透明容器的底部，接着，调整刻度尺Ⅰ的位置，使刻度尺Ⅰ的“零”刻度与指针位置对正；

步骤二：调整多孔叶轮位置

再次旋转滑台手轮，使燕尾滑块沿着丝杆向上滑动，并带动多孔叶轮上移，以调整多孔叶轮与透明容器底部之间的距离，当指针到达面板刻度尺窗口的所需刻度位置时，上紧滑台组件的锁紧螺钉；

步骤三：按比例注入水介质

按照固定比例往透明容器中注入水，直至达到所需水位；

步骤四：编程设计

在操作面板的触摸屏上，分别输入空心转轴的转速、转向、运行时间的工艺参数，建立运行程序；

步骤五：调定通气流量

打开气源装置，使气体从气源装置中经气管流出，再从旋转接头流入空心转轴内，气体抵达多孔叶轮，经多孔叶轮射入水中，形成气泡；然后调节流量阀，直至气体流量稳定在所需设定值；

步骤六：调试相机

选用数码相机记录气泡分散、大小及运行轨迹变化的图像，并根据观察的幅面尺度的需要，调整数码相机的位置、镜头高度及焦距；

步骤七：运行程序

按下触摸屏的启动按键，使转轴按照设定程序运行；

步骤八：成像拍摄

程序运行的同时，启动数码相机的高速连拍功能，捕获“气-液”流场瞬间变化的信息。

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