CN113751267A - 一种水雾定量生成和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水雾定量生成和控制装置，驱动电路驱动微孔雾化片工作，供水蠕动泵向供水腔的供水海绵供水，供水海绵再将水供给处于工作状态的微孔雾化片，完成水的精细均匀雾化；气体流量控制器通过气路组件将空气送进混合腔与微孔雾化片产生的雾滴进行充分混合，最后，混合均匀的水雾/空气通过气雾混合腔出口以供后续使用。在该过程中，壁面沉积液滴回流到集液腔，并通过回流蠕动泵重新供给到供水腔，保证气雾混合腔出口雾滴质量流量的定量控制。在本发明技术方案中，不同孔径雾化片(4‑12μm)工作产生满足不同应用需求的雾化液滴。装置雾化体积流量在0.5‑11ml/min范围之内，水雾空气质量比为0.5％‑5％。

Description

一种水雾定量生成和控制装置

技术领域

本发明涉及少量水的定量雾化领域，具体涉及水雾/空气或水雾/蒸汽两相流技术，是用于水雾/空气或水雾/蒸汽两相流技术的水雾定量生成和控制装置。

背景技术

液体雾化在冷却、除尘、医疗、喷涂、示踪等领域已有广泛应用，液体雾化效果直接影响着其应用效果，以水雾/空气或水雾/蒸汽两相流冷却技术为例：水雾/空气或水雾/蒸汽两相流冷却技术通过向空气或蒸汽中注入少量微小雾滴以提升对高温表面对流换热的冷却效率。与空气或蒸汽的单相对流换热冷却技术相比，水雾/空气或水雾/蒸汽冷却具有以下优势：(1)水雾/空气或水雾/蒸汽两相流介质的比热大；(2)分散在气相中的水雾在受热蒸发过程中能够吸收大量的汽化潜热；(3)分散在气相中的小液滴撞击高温壁面可对气流及边界层流动形成扰动，增强质量、动量和能量传递。因此，水雾/空气或水雾/蒸汽冷却是一项极具发展潜力的冷却技术。

水雾/空气或水雾/蒸汽冷却需要将少量水雾化成微米级的小液滴，再将雾化液滴与气相混合形成两相冷却介质，其中雾化是关键一步，需要满足以下条件：(1)雾滴粒径小。雾化形成的雾滴直径要达到微米级，液滴越小，换热效果越好。(2)雾化均匀。大的液滴易沉积于冷却表面，使气相中雾滴数量大大减少，从而导致整体冷却能力下降，且会导致局部过冷。(3)雾化量少。水雾/空气或水雾/蒸汽冷却仅仅需要水雾/气相质量比为1％-5％，少量的雾滴便能使换热效果大为改善。(4)定量控制。为了保持水雾质量比的恒定以使冷却效果最佳，雾化装置要能够精确控制雾化质量流量。

然而，现有雾化技术大多使用水压或气压迫使液体雾化，这种雾化技术不仅需要高压雾化条件，而且要求雾化流量(气体流量或液体流量)足够大才能完成对液体的雾化。高压雾化产生的雾滴粒径均匀性差，雾化效果难以满足具有精细均匀雾化需求的应用场景，难以满足科学研究和实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水雾定量生成和控制装置，解决传统雾化方法雾化量大、雾化不均匀、雾化需要高压条件和雾化难以定量控制等问题。

为了实现上述雾化要求，本发明采用以下技术方案：

一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，包括集液腔、气雾混合腔、雾化片固定件、雾化腔盖、供水海绵和供水腔盖，集液腔与气雾混合腔固定相连，气雾混合腔与雾化腔盖的正面固定相连，在雾化腔盖正面的雾化片区域上设置雾化片固定件，在雾化腔盖的背面设置供水腔，使用供水腔盖将供水海绵固定在供水腔中，其中：

在集液腔的一侧设置第一水路接口，在集液腔的中央位置设置集液腔通道，集液腔通道两侧开口即为集液腔出口，集液腔内部形成集液腔内腔，集液腔内腔与第一水路接口相连；在气雾混合腔顶部中央设置气雾混合腔出口，气雾混合腔出口与位于集液腔通道的集液腔出口相连，在气雾混合腔内部，自下而上呈现线性收缩的气雾混合腔壁面；

在雾化腔盖的正面设置突出区域作为雾化片区域，突出区域的四周为雾化腔盖斜面，与气雾混合腔内部的气雾混合腔壁面相贴合，在雾化腔盖斜面顶端设置气路条形通口；在突出区域中设置雾化腔盖走线孔、雾化片安装孔以及连接雾化片固定件的安装孔，雾化腔盖走线孔和雾化片安装孔呈矩阵分布，在四个相邻雾化片安装孔的中央位置设置雾化腔盖走线孔，设置在雾化腔盖走线孔中的雾化片驱动线分为四组，分别向安装在周边四个雾化片安装孔中的四个微孔雾化片提供控制信号；

在雾化腔盖的背面设置供水腔，大小与供水海绵相配合，在供水腔中设置供水海绵以及连接供水腔盖的安装柱；在供水海绵上设置海绵通孔和海绵凸起，海绵通孔与雾化腔盖走线孔和连接供水腔盖的安装柱的位置相对应，海绵凸起与雾化片安装孔的位置相对应；

在雾化腔盖的背面设置连接气路接口的安装孔，与气路接口相连；供水腔盖腔体和雾化腔盖的供水腔相互配合，为供水海绵提供容纳空间，供水腔盖上的第二水路接口与供水腔盖腔体的供水腔出水口相连，供水腔走线口与雾化腔盖走线孔的位置相对应。

在集液腔底座的四周上设置连接气雾混合腔的安装孔，第一紧固螺丝贯穿这一安装孔，以及设置在气雾混合腔顶部的连接集液腔的安装孔，实现集液腔和气雾混合腔固定安装。自上而下，气雾混合腔外形呈现阶梯状，气雾混合腔出口大于集液腔通道两侧的集液腔开口，在气雾混合腔底端设置连接雾化腔盖的安装孔，用于与贯穿雾化腔盖的第三紧固螺丝相连，以实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连。

在雾化腔盖的四周设置连接气雾混合腔的安装孔，第三紧固螺丝穿过这一安装孔，与在气雾混合腔底端设置的连接雾化腔盖的安装孔相连，实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连；第四紧固螺丝穿过雾化片固定件，与连接雾化片固定件的安装孔相连，以实现雾化片固定件和雾化腔盖的固定连接，并将雾化片区域覆盖和固定微孔雾化片。

位于集液腔一侧的第一水路接口，与位于供水腔盖的第二水路接口相连，并在相连管路上设置回流蠕动泵。第二紧固螺丝贯穿供水腔盖的套柱后，与在雾化腔盖的供水腔中的连接供水腔盖的安装柱相连，以实现供水腔盖与雾化腔盖的连接。

在每个微孔雾化片中，选择一张金属片，在中央设置微孔区域，在这一微孔区域周围同轴设置压电陶瓷，一组雾化片驱动线中的两根驱动线分别连接金属片(即微孔雾化片)和压电陶瓷，再以胶圈进行固定和密封，通过雾化片固定件压紧之后可防止供水腔的水渗漏进入气雾混合腔。

本发明装置工作时，驱动电路驱动微孔雾化片工作，供水蠕动泵向供水腔的供水海绵供水，供水海绵再将水供给处于工作状态的微孔雾化片，完成水的精细均匀雾化。气体流量控制器通过气路接口和气路条形通口将空气送进混合腔与微孔雾化片产生的雾滴进行充分混合，最后，混合均匀的水雾/空气通过气雾混合腔出口流出，供给水雾的后续使用。在该过程中，壁面沉积液滴回流到集液腔，并通过回流蠕动泵重新供给到供水腔，保证气雾混合腔出口雾滴质量流量的定量控制。具体原理为：供水腔水流由两部分构成，一部分是供水蠕动泵定量供水水流，另一部分是回流蠕动泵回流水流。首先供水蠕动泵向供水腔定量供水，微孔雾化片将水雾化送入气雾混合腔，一部分液滴穿过气雾混合腔出口进入目标设备，一部分液滴将沉积在气雾混合腔壁面，并最终回流到集液腔，再由回流蠕动泵泵回供水腔。当壁面沉积液滴数量增多时，集液腔集液速率增加，回流蠕动泵回流增大，此时供水腔水流增大，雾化片雾化流量增加，气雾混合腔雾滴浓度升高，气雾混合腔出口雾滴质量流量随之增大。反之，当壁面沉积液滴数量减小时，集液腔集液速率减小，回流蠕动泵回流量减小，此时供水腔水流减小，雾化片雾化流量减小，气雾混合腔雾滴浓度降低，气雾混合腔出口雾滴质量流量随之减小。这一动态平衡过程，保证了气雾混合腔出口的雾滴质量流量等于供水蠕动泵供水质量流量，实现了雾化质量流量的定量控制。

本发明的特点与现有技术相比产生的有益效果是：(1)使用微孔雾化片替代传统高压雾化喷嘴，不再需要高压雾化条件，降低了雾化成本。此外，使用微孔雾化片不仅使得雾化更加均匀，雾化粒径小，同时还解决了传统喷嘴小流量下难以良好雾化的难题。(2)使用回流蠕动泵，实现了雾化流量的定量控制，相较于传统使用差值统计法的雾化流量控制方式，该雾化装置使用更加方便，流量控制更加精确。(3)使用供水海绵作为供水端，使得雾化装置能够在各种角度下正常运行，减少重力因素的影响。(4)雾化流量大小可以通过调整微孔雾化片的数目来大范围调整。(5)雾化装置出口能够与各种目标接口对接，使用简洁方便，工作稳定可靠。

附图说明

图1为本发明的水雾定量生成和控制装置的结构示意图(1)，其中1为第一水路接口，2为集液腔，3为第一紧固螺丝，4为气雾混合腔，9为雾化腔盖。

图2为本发明的水雾定量生成和控制装置的结构示意图(2)，其中1—2为第二水路接口，6为雾化片驱动线，9为雾化腔盖，10为第三紧固螺丝，12为第二紧固螺丝，13为供水腔盖，14为气路接口。

图3为本发明的水雾定量生成和控制装置的结构分解示意图(1)，其中1为第一水路接口，2为集液腔，3为第一紧固螺丝，4为气雾混合腔，5为雾化片固定件，6为雾化片驱动线，7为胶圈，8为微孔雾化片，9为雾化腔盖，10为第三紧固螺丝，11为供水海绵，12为第二紧固螺丝，13为供水腔盖，15为第四紧固螺丝。

图4为本发明的水雾定量生成和控制装置的结构分解示意图(2)，其中1—2为第二水路接口，2为集液腔，3为第一紧固螺丝，4为气雾混合腔，5为雾化片固定件，6为雾化片驱动线，7为胶圈，8为微孔雾化片，9为雾化腔盖，10为第三紧固螺丝，11为供水海绵，12为第二紧固螺丝，13为供水腔盖，14为气路接口，15为第四紧固螺丝。

图5为本发明中供水海绵的结构示意图，其中16为海绵凸起，17为海绵通孔。

图6为本发明中供水腔盖的结构示意图(1)，其中1—2为第二水路接口，12为第二紧固螺丝，18为供水腔走线口。

图7为本发明中供水腔盖的结构示意图(2)，其中12为第二紧固螺丝，18为供水腔走线口，19为供水腔盖腔体，20为供水腔出水口，21为套柱。

图8为本发明中气雾混合腔的结构示意图(1)，其中22为气雾混合腔出口，23为连接集液腔的安装孔。

图9为本发明中气雾混合腔的结构示意图(2)，其中4为气雾混合腔，22为气雾混合腔出口，23为连接集液腔的安装孔，24为连接雾化腔盖的安装孔，25为气雾混合腔壁面。图10为本发明中集液腔的结构示意图(1)，其中1为第一水路接口，2为集液腔，26为集液腔出口，27为连接气雾混合腔的安装孔。

图11为本发明中集液腔的结构示意图(2)，其中2为集液腔，26为集液腔出口，27为连接气雾混合腔的安装孔，28为集液腔通道，29为集液腔内腔。

图12为本发明中胶圈和微孔雾化片的连接结构示意图，其中6为雾化片驱动线，7为胶圈，8为微孔雾化片，30为压电陶瓷。

图13为本发明中雾化腔盖的结构示意图(1)，其中31为气路条形通口，32为雾化腔盖走线孔，33为雾化片安装孔，34为雾化腔盖斜面，35为连接雾化片固定件的安装孔，36为连接气雾混合腔的安装孔。

图14为本发明中雾化腔盖的结构示意图(2)，其中32为雾化腔盖走线孔，33为雾化片安装孔，37为连接气路接口的安装孔，38为连接供水腔盖的安装柱，39为供水腔。

图15为本发明水雾定量生成和控制装置的出口液滴粒径分布图(微孔雾化片的微孔直径D＝5μm)。

图16为利用本发明水雾定量生成和控制装置制备的水雾/空气测试的通道壁面温度分布图(微孔雾化片的微孔直径D＝5μm)。

图17为本发明水雾定量生成和控制装置的出口液滴粒径分布图(微孔雾化片的微孔直径D＝7μm)。

图18为利用本发明水雾定量生成和控制装置制备的水雾/空气测试的通道壁面温度分布图(微孔雾化片的微孔直径D＝7μm)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述，以使本发明装置的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出清楚明确的界定。

如附图1—4所示，本发明水雾定量生成和控制装置的结构示意和分解示意图，其中图1和图2对应本发明水雾定量生成和控制装置的相对角度的视图，图3和图4对应本发明水雾定量生成和控制装置的相对角度的视图，图3是图1所示方向下整个水雾定量生成和控制装置的结构分解示意图，图4是图2所示方向下整个水雾定量生成和控制装置的结构分解示意图。

图6和图7为本发明中供水腔盖的结构示意图，两者呈相对角度；图6对应图4所示方向中供水腔盖的结构，图7对应图3所示方向中供水腔盖的结构。

图8和图9是本发明中气雾混合腔的结构示意图，图9是图8所述的气雾混合腔的剖视图。

图10和图11为本发明中集液腔的结构示意图，两者呈相对角度；图10对应图3所示方向中集液腔的结构，图11对应图3所示方向中集液腔的结构。

图13和图14为本发明中雾化腔盖的结构示意图，两者为雾化腔盖的正视图和后视图；图13对应图3所示方向中雾化腔盖的正面视图，图14对应图4所示方向中雾化腔盖的正面视图(与图13相比，图14为雾化腔盖的后视图。

图5为本发明中供水海绵的结构示意图(立体图)；图12为本发明中胶圈和微孔雾化片的连接结构示意图，即将雾化片驱动线、胶圈和微孔雾化片的连接结构予以展示，在具体说明的时候，结合图3、图4、图13和图14以及其他附图予以说明。

如附图1—4所示，本发明水雾定量生成和控制装置，包括集液腔、气雾混合腔、雾化片固定件、雾化腔盖、供水海绵和供水腔盖，其中：

集液腔与气雾混合腔固定相连，气雾混合腔与雾化腔盖的正面固定相连，在雾化腔盖正面的雾化片区域上设置雾化片固定件，在雾化腔盖的背面设置供水腔，使用供水腔盖将供水海绵固定在供水腔中；具体来说：

如图1—4、10和11所示，在集液腔的一侧设置第一水路接口，在集液腔的中央位置集液腔通道，集液腔通道两侧开口即为集液腔出口，集液腔内部形成集液腔内腔，集液腔内腔与第一水路接口相连，在集液腔底座的四周上设置连接气雾混合腔的安装孔，第一紧固螺丝贯穿这一安装孔，以及设置在气雾混合腔顶部的连接集液腔的安装孔，实现集液腔和气雾混合腔固定安装。

如图1—4、8和9所示，自上而下，气雾混合腔外形呈现阶梯状，在气雾混合腔顶部中央设置气雾混合腔出口，气雾混合腔出口与位于集液腔通道的集液腔出口相连(两者相互接触，正对齐平)，为保证气雾自气雾混合腔进入集液腔，气雾混合腔出口大于集液腔通道两侧的集液腔开口，集液腔出口小于气雾混合腔出口，气雾混合腔壁面沉积液滴便可进入集液腔腔体(集液腔内腔)，而未沉积两相流便可通过集液腔出口进入目标装置；在气雾混合腔内部，自下而上呈现线性收缩的气雾混合腔壁面(渐缩壁面)，即从剖视图的横截面来看，位于气雾混合腔顶端的气雾混合腔出口最小，位于气雾混合腔底端的开口最大，能够将混合均匀的两相流进行约束，便于两相流输送；在气雾混合腔底端设置连接雾化腔盖的安装孔，用于与贯穿雾化腔盖的第三紧固螺丝相连，以实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连。

如图1—4、5、12、13和14所示，在雾化腔盖的四周设置连接气雾混合腔的安装孔，第三紧固螺丝穿过这一安装孔，与在气雾混合腔底端设置的连接雾化腔盖的安装孔相连，实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连。在雾化腔盖的正面设置突出区域(即雾化片区域)，突出区域的四周为雾化腔盖斜面，与气雾混合腔内部的气雾混合腔壁面相贴合，在雾化腔盖斜面顶端设置气路条形通口；在突出区域中设置雾化腔盖走线孔、雾化片安装孔以及连接雾化片固定件的安装孔，雾化腔盖走线孔和雾化片安装孔呈矩阵分布，在四个相邻雾化片安装孔的中央位置设置雾化腔盖走线孔，设置在雾化腔盖走线孔中的雾化片驱动线分为四组，分别向安装在周边四个雾化片安装孔中的四个微孔雾化片提供控制信号；第四紧固螺丝穿过雾化片固定件，与连接雾化片固定件的安装孔相连，以实现雾化片固定件和雾化腔盖的固定连接，并将雾化片区域覆盖和固定微孔雾化片。

在雾化腔盖的背面设置供水腔，即在雾化腔盖背面开口，大小与供水海绵相配合，通过这一开口和雾化腔盖正面的突出区域(即雾化片区域，含四周的雾化腔盖斜面)共同组成供水腔，在供水腔中设置供水海绵以及连接供水腔盖的安装柱。鉴于一方面供水海绵需要为微孔雾化片提供水分，另一方面雾化片驱动线需要引出来，与控制单元相连，供水腔盖需要与雾化腔盖连接配合，故在供水海绵上设置海绵通孔和海绵凸起，海绵通孔与雾化腔盖走线孔和连接供水腔盖的安装柱的位置相对应，以实现雾化片驱动线的引出以及供水腔盖与雾化腔盖的连接，海绵凸起与雾化片安装孔的位置相对应，实现海绵凸起部位与微孔雾化部位的接触，实现利用海绵向雾化片的供水，供水海绵保证喷嘴处于不同的角度雾化片都能得到供水，使得装置适用性更强。

雾化腔盖斜面与气雾混合腔壁面紧密贴合，在雾化腔盖的背面设置连接气路接口的安装孔，与气路接口相连，以使气体由气路接口进入供水腔，再由气路条形通口流出，将气流沿着气雾混合腔壁面导入气雾混合腔，减少液滴在壁面的沉积。

结合上述内容进一步阐述供水腔盖的结构，如图6—7所示。供水腔盖整体上与雾化腔盖背面开口相配合，供水腔盖腔体和雾化腔盖的供水腔相互配合，为供水海绵提供容纳空间，在供水腔盖上设置第二水路接口、第二紧固螺丝、供水腔走线口、供水腔出水口和套柱。供水腔走线口与雾化腔盖走线孔的位置相对应(即相配合，或者说供水腔走线口与雾化腔盖走线孔相配合)，实现雾化片驱动线引出至整个设备之外，再与控制单元相连，优选雾化片驱动线外层设置隔水层，避免水分的影响。第二紧固螺丝贯穿套柱后，与在雾化腔盖的供水腔中的连接供水腔盖的安装柱相连，以实现供水腔盖与雾化腔盖的连接。第二水路接口与供水腔盖腔体中的供水腔出水口相连，实现对供水海绵的供水。

位于集液腔一侧的第一水路接口，与位于供水腔盖的第二水路接口相连，并在相连管路上设置回流蠕动泵，当集液腔中液量增多，回流蠕动泵便可通过第一水路接口将集液腔的水抽走，通过第二水路接口重新泵入供水腔。回流蠕动泵的输运速率大于集液腔的集液速率，这样便可维持集液腔液体体积在一定范围之内，实现集液腔中液体含量的动态平衡。

在本实施例中，在四个相邻雾化片安装孔的中央位置设置雾化腔盖走线孔，设置在雾化腔盖走线孔中的雾化片驱动线分为四组，分别向安装在周边四个雾化片安装孔中的四个微孔雾化片提供控制信号，图12所示为一组雾化片驱动线连接一个微孔雾化片的基本结构。具体来说，选择一张金属片，在中央设置微孔区域，如孔径为4-12μm的微孔，孔数为1000个，在这一微孔区域周围同轴设置压电陶瓷，一组雾化片驱动线中的两根驱动线分别连接金属片(即微孔雾化片)和压电陶瓷，再以胶圈进行固定和密封(即胶圈不仅是微孔雾化片的辅助固定件，还是密封件)，通过雾化片固定件压紧之后可防止供水腔的水渗漏进入气雾混合腔。此外，更换不同孔径的雾化片便可控制雾化液滴的大小，不同孔径的雾化片排列组合可以控制气雾混合腔中不同大小液滴的比例。

本发明装置工作时，控制驱动电路驱动微孔雾化片工作，供水蠕动泵向供水腔的供水海绵供水，供水海绵再将水供给处于工作状态的微孔雾化片，完成水的精细均匀雾化。气体流量控制器通过气路接口和气路条形通口将空气送进气雾混合腔与微孔雾化片产生的雾滴进行充分混合，最后混合均匀的水雾/空气通过集液腔出口供给需要冷却的长方体试验段。在该过程中，壁面沉积液滴回流到集液腔，并通过回流蠕动泵重新供给到供水腔。回流蠕动泵的输运速率大于集液腔液体的沉积速率，可避免集液腔液体溢出。雾化片的雾化速率是冷却需求雾滴质量流量的二倍以上，因此即使大量的雾滴沉积回流也不会使供水腔溢水，保证装置正常有效工作。本实施例中，装置雾化体积流量在0.5-11ml/min范围之内，水雾空气质量比为0.5％-5％。本实施例中通过供水蠕动调节水雾/空气质量比，通过更换微孔雾化片调节雾滴直径，探究不同水雾/空气质量比和不同雾滴直径对水雾/空气两相流冷却效果的影响。

使用本发明的水雾定量生成和控制装置在壁面冷却领域的应用：通过本发明装置产生满足要求的水雾/空气或水雾/蒸汽两相流，引入带有高温壁面的试验段完成对试验段壁面的冷却；同时水雾定量生成和控制装置在粒子示踪领域的应用：粒子示踪是流动显示与测量中的重要内容，其依赖于散布在流场中的示踪粒子，示踪粒子需要满足以下条件：(1)良好的流动跟随性；(2)足够小的尺度范围；(3)粒径均匀；(4)良好的光散射效率。传统示踪粒子成本高昂，以雾滴微粒为示踪粒子不仅可显著降低使用成本，而且可以对生成的示踪粒子实现准确的控制。本装置生成的示踪雾滴粒径均匀、浓度可调、粒径尺度小，在各种复杂流动结构中作为示踪粒子，可以准确显示复杂流动的涡流结构，或在粒子成像测速等测量技术中实现对速度场的定量测量。

以水雾定量生成和控制装置在壁面冷却领域的应用为例进行详细说明如下：

通过本发明装置产生满足要求的水雾/空气或水雾/蒸汽两相流，引入带有高温壁面的试验段完成对试验段壁面的冷却。雾化片微孔直径D＝5μm时，本雾化装置出口液滴粒径分布如图15所示。使用仪器为Dantec Dynamics粒子动态分析仪(PDA)，拍摄位置为出口10mm处，拍摄中心面。

通过本雾化装置将不同比例的水雾/空气通入带热壁面的通道，通道为10mm×10mm(通道横截面为方形)，长(通道长度)z＝200mm的方形通道，得到通道壁面温度分布如图16所示，图中D为通道水力直径，D＝10mm，横坐标表示为通道长度和两倍通道水力直径的比值，反应在通道长度上不同位置的温度，由下往上的纵坐标为通道入口处到通道出口处的温度，这些温度通过设置在通道相应位置处的热电偶测得；此外，图中Air为纯空气，Mist/Air为水的质量(即水雾质量)/空气质量*100％，通过本发明的装置进行控制，雷诺数Re，壁面热流密度q。通过图16可以发现随着水雾/空气比增加，通道壁面温度分布趋势并没有改变(不同水雾含量的曲线的形状)，但水雾/空气冷却效果逐渐改善。

雾化片微孔直径D＝7μm时，本雾化装置出口液滴粒径分布如图17所示，使用仪器为Dantec Dynamics粒子动态分析仪(PDA)，拍摄位置为出口10mm处，拍摄中心面。。通过本雾化装置将不同比例的水雾/空气通入带热壁面的圆形通道，通道为直径10mm，长z＝200mm的圆形通道(截面为圆形)，得到通道壁面温度分布如图18所示，图中D为通道水力直径，D＝10mm，可以发现水雾/空气冷却相较于纯空气冷却并不会改变壁面温度分布趋势，但水雾/空气质量比变化时，冷却增强效果存在突变，当水雾/空气质量比从2％增加到4％时，通道壁面温度分布相较于纯空气冷却整体大幅下降。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，包括集液腔、气雾混合腔、雾化片固定件、雾化腔盖、供水海绵和供水腔盖，集液腔与气雾混合腔固定相连，气雾混合腔与雾化腔盖的正面固定相连，在雾化腔盖正面的雾化片区域上设置雾化片固定件，在雾化腔盖的背面设置供水腔，使用供水腔盖将供水海绵固定在供水腔中，其中：

在集液腔的一侧设置第一水路接口，在集液腔的中央位置集液腔通道，集液腔通道两侧开口即为集液腔出口，集液腔内部形成集液腔内腔，集液腔内腔与第一水路接口相连；在气雾混合腔顶部中央设置气雾混合腔出口，气雾混合腔出口与位于集液腔通道的集液腔出口相连，在气雾混合腔内部，自下而上呈现线性收缩的气雾混合腔壁面；

在雾化腔盖的正面设置突出区域作为雾化片区域，突出区域的四周为雾化腔盖斜面，与气雾混合腔内部的气雾混合腔壁面相贴合，在雾化腔盖斜面顶端设置气路条形通口；在突出区域中设置雾化腔盖走线孔、雾化片安装孔以及连接雾化片固定件的安装孔，雾化腔盖走线孔和雾化片安装孔呈矩阵分布，在四个相邻雾化片安装孔的中央位置设置雾化腔盖走线孔，设置在雾化腔盖走线孔中的雾化片驱动线分为四组，分别向安装在周边四个雾化片安装孔中的四个微孔雾化片提供控制信号；

在雾化腔盖的背面设置供水腔，大小与供水海绵相配合，在供水腔中设置供水海绵以及连接供水腔盖的安装柱；在供水海绵上设置海绵通孔和海绵凸起，海绵通孔与雾化腔盖走线孔和连接供水腔盖的安装柱的位置相对应，海绵凸起与雾化片安装孔的位置相对应；

在雾化腔盖的背面设置连接气路接口的安装孔，与气路接口相连；供水腔盖腔体和雾化腔盖的供水腔相互配合，为供水海绵提供容纳空间，供水腔盖上的第二水路接口与供水腔盖腔体的供水腔出水口相连，供水腔走线口与雾化腔盖走线孔的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，在集液腔底座的四周上设置连接气雾混合腔的安装孔，第一紧固螺丝贯穿这一安装孔，以及设置在气雾混合腔顶部的连接集液腔的安装孔，实现集液腔和气雾混合腔固定安装。

3.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，自上而下，气雾混合腔外形呈现阶梯状，气雾混合腔出口大于集液腔通道两侧的集液腔开口，在气雾混合腔底端设置连接雾化腔盖的安装孔，用于与贯穿雾化腔盖的第三紧固螺丝相连，以实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连。

4.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，在雾化腔盖的四周设置连接气雾混合腔的安装孔，第三紧固螺丝穿过这一安装孔，与在气雾混合腔底端设置的连接雾化腔盖的安装孔相连，实现雾化腔盖和气雾混合腔的固定相连；第四紧固螺丝穿过雾化片固定件，与连接雾化片固定件的安装孔相连，以实现雾化片固定件和雾化腔盖的固定连接，并将雾化片区域覆盖和固定微孔雾化片。

5.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，位于集液腔一侧的第一水路接口，与位于供水腔盖的第二水路接口相连，并在相连管路上设置回流蠕动泵。

6.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，第二紧固螺丝贯穿供水腔盖的套柱后，与在雾化腔盖的供水腔中的连接供水腔盖的安装柱相连，以实现供水腔盖与雾化腔盖的连接。

7.根据权利要求1所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，在每个微孔雾化片中，选择一张金属片，在中央设置微孔区域，在这一微孔区域周围同轴设置压电陶瓷，一组雾化片驱动线中的两根驱动线分别连接金属片(即微孔雾化片)和压电陶瓷，再以胶圈进行固定和密封，通过雾化片固定件压紧之后可防止供水腔的水渗漏进入气雾混合腔。

8.根据权利要求7所述的一种水雾定量生成和控制装置，其特征在于，孔径为4-12μm的微孔，孔数为1000个。

9.如权利要求1—8之一所述的一种水雾定量生成和控制装置在壁面冷却研究领域中的应用，其特征在于，通过水雾定量生成和控制装置产生满足要求的水雾/空气或水雾/蒸汽两相流，引入带有高温壁面的试验段完成对试验段壁面的冷却。

10.如权利要求1—8之一所述的一种水雾定量生成和控制装置在粒子示踪领域的应用。

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