CN114225987B - 一种可分别控制的双液滴生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液滴生成装置技术领域，具体涉及一种可分别控制的双液滴生成装置。所述可分别控制的双液滴生成装置包括：两套单液滴发生器，所述单液滴发生器设有可朝下喷射的喷嘴；位移平台，其中一套所述单液滴发生器安装在所述位移平台上且可沿所述位移平台水平直线滑动，滑动方向驱使两个所述喷嘴相互靠近或远离；标尺，安装在所述单液滴发生器上，且适于测量两个所述喷嘴的间距。本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，两套单液滴发生器能够分别控制，并且两液滴的间距、液滴直径、产生时间、速度皆能够调节，使得本装置能够适用于实验研究。

Description

一种可分别控制的双液滴生成装置

技术领域

本发明涉及液滴生成装置技术领域，具体涉及一种可分别控制的双液滴生成装置。

背景技术

液滴撞击固体或液体表面普遍存在于自然界、航空航天和工农业中，研究液滴碰撞可以为其应用提供指导。在自然界及工业生产中，液滴碰撞固体或液体表面多为多个液滴同时或先后撞击，而当前液滴碰撞实验研究多为单液滴，不能研究液滴间的影响，这主要是受限于仅能产生单个液滴的液滴发生器。

现有的双液滴研究主要有两种：一种是基于数值模拟，缺乏实验支撑；另一种是应用于工业生产中的多液滴生成器，但这种生成器对于液滴间距、产生时间、液滴大小等均不可调整，无法用于开展科学实验。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏可用于实验研究的双液滴生成器的缺陷，从而提供一种可分别控制的双液滴生成装置及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种可分别控制的双液滴生成装置，包括：

两套单液滴发生器，所述单液滴发生器设有可朝下喷射的喷嘴；

位移平台，其中一套所述单液滴发生器安装在所述位移平台上且可沿所述位移平台水平直线滑动，滑动方向驱使两个所述喷嘴相互靠近或远离；

标尺，安装在所述单液滴发生器上，且适于测量两个所述喷嘴的间距。

可选的，所述单液滴发生器包括：

底座；

立柱，固定在所述底座上；

储液箱，安装在所述立柱或底座上；

流体箱，安装在所述立柱的上部，所述流体箱上设有压电陶瓷蜂鸣片，所述压电陶瓷蜂鸣片适于对所述流体箱内的流体施压，所述喷嘴设于所述流体箱上且高于所述储液箱；

连接管，其一端与所述储液箱连通，另一端与所述流体箱连通；

泵，适于向所述储液箱内注入液体。

可选的，所述储液箱安装在所述立柱上且可沿所述立柱上下滑动。

可选的，所述储液箱内设有环形隔板，所述环形隔板将所述储液箱的腔体分隔为内腔和外腔，所述环形隔板低于所述储液箱的箱壁。

可选的，所述泵设有两个进液口，一个适于连通外界，另一个与所述外腔连通，所述泵适于向所述内腔中注入液体。

可选的，所述储液箱的顶部开设有检测孔。

可选的，所述流体箱可相对所述立柱转动且转动轴与所述立柱垂直，所述喷嘴的出液端在与所述转动轴垂直的方向上外伸于所述流体箱。

可选的，所述标尺与所述单液滴发生器的滑动方向平行，所述标尺的一端安装在其中一根所述立柱上且可沿立柱上下滑动。

可选的，所述流体箱上设有开口，所述压电陶瓷蜂鸣片粘贴在所述开口处，所述压电陶瓷蜂鸣片与所述流体箱相接区域覆盖有密封圈，所述密封圈通过与所述流体箱固接的压盖压紧固定。

可选的，还包括：

锁紧件，适于实现所述单液滴发生器与所述位移平台的相对固定。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，设有两套单液滴发生器，且其中一套单液滴发生器可水平直线移动，以实现两个喷嘴的相互靠近或远离。两套单液滴发生器能够分别控制，并且由于喷嘴可相互靠近或远离，两液滴的间距能够调节，使得本装置能够适用于实验研究。

2.本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，所采用的单液滴发生器包括底座、立柱、储液箱、流体箱、连接管及泵，采用这几个部件的简单机械组合即可完成产生液滴的功能，成本较低，操作简单。并且，本单液滴发生器结构可通过压电脉冲调节产生的时间，通过喷嘴的直径大小和/或压电脉冲控制液滴大小，通过装置放置的高度实现速度的调节，更能适用于实验研究。

3.本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，所采用的储液箱可沿立柱上下滑动，可调节储液箱液位与喷嘴的高度差，根据两具有高度差液体静态平衡公式|ΔH|≤2σ/ρgDN(两液体高度差ΔH，σ为液体的表面张力，ρ为液体的密度，g为重力加速度，DN为喷嘴出口的半径)可得：通过储液箱的滑动可使本装置适用于不同密度的液体、不同出口半径的喷嘴，从而扩大了本装置的适用范围。

4.本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，所采用泵的一个进液口与外腔连通，实验中可将外腔中的液体抽至内腔中，动态循环，保证内腔液位始终与环形隔板齐平，从而实现储液箱内工作液位保持恒定，利于对液滴的控制。

5.本发明提供的可分别控制的双液滴生成装置，流体箱可相对立柱转动，且喷嘴的出液端在与转动轴垂直的方向上外伸于流体箱，可将流体箱旋转至喷嘴朝上进行气密性检查，以喷嘴是否出水来判断流体箱内是否注满液体，更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例双液滴生成装置的结构示意图；

图2为本发明实施例储液箱的剖视图。

附图标记说明：

1、单液滴发生器；11、喷嘴；12、底座；13、立柱；14、储液箱；141、环形隔板；15、流体箱；16、连接管；17、泵；171、进液口；18、压电陶瓷蜂鸣片；2、位移平台；3、标尺。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

结合图1所示，本实施例提供的可分别控制的双液滴生成装置，包括两套单液滴发生器1、位移平台2和标尺3。

单液滴发生器1，设有可朝下喷射的喷嘴11。单液滴发生器1采用现有的液滴发生器即可，例如公开号CN112895722A所述的“一种气动式单液滴发生器1”，或者公开号CN109821694B所述的“一种智能压电单液滴发生器1及其方法”，亦或是公开号CN111437897A所述的“一种双流式单分散液滴流发生方法与装置”。具体实施时，可以将喷嘴11固定设置且喷射方向朝下，也可以将喷嘴11可旋转设置且通过旋转可使其喷射方向朝下。

位移平台2，其中一套单液滴发生器1安装在位移平台2上且可沿位移平台2水平直线滑动，滑动方向驱使两个喷嘴11相互靠近或远离。具体实施时，通过常用的滑动副结构实现单液滴发生器1与位移平台2的相对滑动即可，例如可在位移平台2上安装导轨滑块副，并使单液滴发生器1固定在滑块上；或者可在单液滴发生器1的底部安装凸块，在位移平台2上开设凹槽，将凸块嵌装在凹槽中且能沿凹槽滑动。

标尺3，安装在单液滴发生器1上，且适于测量两个喷嘴11的间距。具体实施时，标尺3可以是固定在单液滴发生器1上，也可以是活动连接在单液滴发生器1上。但需注意的是，标尺3的安装需满足两点：第一，能够测量两个喷嘴11之间的距离；第二，不能干涉单液滴发生器1的相对移动，例如，将标尺3的两端分别固定在两个单液滴发生器1上，这种方案会导致单液滴发生器1无法移动，所以不可取。具体如何具体安装标尺3能够满足以上两点，是本领域人员容易设计的。

本实施例的双液滴生成装置，能够分别控制两套单液滴发生器1，并且两套个喷嘴11能够相互远离或靠近，产生的两液滴的间距能够调节，再利用单液滴发生器1的驱动脉冲可调控、毛细管可调、液滴产生时间可调等特性，使得本装置能够适用于实验研究。

作为单液滴发生器1的一种优选结构，包括底座12、立柱13、储液箱14、流体箱15、连接管16及泵17。

底座12，主要用于支撑整个装置。

立柱13，固定在底座12上，具体可与底座12固定连接或一体成型。

储液箱14，安装在立柱13或底座12上。储液箱14内部除进出液口外形成密闭的腔体。储液箱14的安装可以是固定安装，也可以是活动安装。储液箱14可以是正方体形状，也可以是圆柱形或其他常见形状。

流体箱15，安装在立柱13的上部，流体箱15上设有压电陶瓷蜂鸣片18，压电陶瓷蜂鸣片18适于对流体箱15内的流体施压，喷嘴11设于流体箱15上且高于储液箱14。流体箱15内部除进出液口外形成密闭的腔体。流体箱15安装在立柱13的上部主要用以形成滴液高度。喷嘴11高于储液箱14的主要目的是形成静态平衡，避免水在重力作用下直接从喷嘴11流出。当然，高度差过大也会导致压差过大，导致液滴难以产生。这里可参考一静态平衡公式：|ΔH|≤2σ/ρgDN，只要储液箱14液面低于喷嘴11且高度差满足该公式要求即可达到静态平衡，相关参数的具体含义可参考前文，这是本领域人员清楚的。流体箱15的安装可以是固定安装，也可以是活动安装。储液箱14可以是正方体形状，也可以是圆柱形或其他常见形状。压电陶瓷蜂鸣片18为本领域成熟结构，工作原理是：通过向压电陶瓷蜂鸣片18施加电压脉冲，使得压电陶瓷蜂鸣片18对液体产生压力从而液体从喷嘴11处被挤出形成射流，之后电压反向，蜂鸣片向上运动，在拉力与重力作用下，射流断裂形成小液滴；其通常被用来产生单个液滴，具有驱动脉冲、毛细管可调，液滴产生时间可控特点，使用时需要配置相关配件以完成其动作，例如直流电源、控制板等。

连接管16，其一端与储液箱14连通，另一端与流体箱15连通。连接管16采用硬管、软管皆可，采用金属管、塑料管也皆可。

泵17，适于向储液箱14内注入液体。初始向储液箱14和流体箱15内注入液体时，需要依靠泵17的压力，以使整个腔体充满液体。

这种优选结构，通过底座12、立柱13、储液箱14、流体箱15、连接管16及泵17的简单机械组合皆可实现液滴的产生，结构成本低，操作也较为简单。

作为储液箱14的一种优选安装结构，储液箱14安装在立柱13上且可沿立柱13上下滑动。具体实施时，采用常用的滑动副结构即可，例如导轨滑块副或凸起凹槽副。使用时可配置锁紧结构以在储液箱14滑动至目标位置时对其锁定。当储液箱14采用这种滑动结构时，连接管16需采用软管结构以适应储液箱14与流体箱15之间的距离变化。

这种优选安装结构，储液箱14能够沿立柱13上下滑动，即可以调节储液箱14液面与喷嘴11之间的高度差，这样对于不同密度的液体和不同出口半径的喷嘴11，皆可通过滑动储液箱14来使得高度差满足要求，进而达到静态平衡，如此扩大了本装置的适用范围。

作为储液箱14的一种改进结构，储液箱14内设有环形隔板141，环形隔板141将储液箱14的腔体分隔为内腔和外腔，环形隔板141低于储液箱14的箱壁。环形隔板141可与储液箱14同心设置，也可以与储液箱14偏心设置。环形隔板141低于储液箱14的箱壁，主要目的是为了使内腔和外腔能够在顶部连通，这样内腔注满液体后便会溢出至外腔中。

这种改进结构，实际操作时只需及时向内腔中注入液体即可，内腔注满液体会自动向外腔溢出，这样可保持内腔液面的高度恒定，有利于液滴发生的控制。

作为上述改进结构的优化结构，泵17设有两个进液口171，一个适于连通外界，另一个与外腔连通，泵17适于向内腔中注入液体。

这种优化结构，在实验前可将泵17的一个进液口171与外界液体连通，通过泵17的压力将液体注入储液箱14内，并在泵17压力的作用下延伸至连接管16、流体箱15，使得液体充满整个系统；实验中，可将前述进液口171断开，将另一进液口171连通外腔，将外腔的水抽至内腔中，这样达到动态循环，以保证内腔液面高度的恒定，当实验次数过多导致外腔液体即将用尽时，可再连通外界进行液体补充。相对于只设一个进液口171，实验前和实验中皆通过泵17把外界的水抽至内腔而言，这种双进液口171结构由于动态循环时内腔和外腔液体总量只减不增，可有效避免储液箱14内液体过多，形成压力干扰液滴的产生，并且液滴形成装置所耗液体较少，补充液体的频率也较小，不会影响使用便捷性。

作为储液箱14的一种优选结构，储液箱14的顶部开设有检测孔。具体的，检测孔可配备一密封塞，在检测完毕后密封。这个检测孔主要用于储液箱14气密性的检测，操作时，通过泵17向储液箱14内注入液体，直至液体从检测孔溢出表示储液箱14的气密性良好，并且储液箱14内部已经注满了液体。

这种优选结构，使得储液箱14的气密性检查更加方便。

作为流体箱15的一种优选安装结构，流体箱15可相对立柱13转动且转动轴与立柱13垂直，喷嘴11的出液端在与转动轴垂直的方向上外伸于流体箱15。具体的，可将喷嘴11设置在流体箱15的转动轴方向的端面，并且与流体箱15的表面相垂直。使用时可配置锁紧结构以在流体箱15旋转至目标位置时对其锁定。

这种优选安装结构，在对流体箱15进行气密性检测时，可通过旋转使得喷嘴11朝上，通过泵17向流体箱15内注入液体，直至液体从喷嘴11溢出表示流体箱15的气密性良好，并且流体箱15内部已经注满了液体。

这种优选安装结构，使得流体箱15的气密性检查更加方便。

作为上述优选安装结构的优化结构，标尺3与单液滴发生器1的滑动方向平行，标尺3的一端安装在其中一根立柱13上且可沿立柱13上下滑动。

这种优化结构，在流体箱15进行气密性检查时，可移动标尺3以避免其干扰流体箱15的旋转。当然，其他实施例中，也可将标尺3可拆卸固定在立柱13上，需要旋转流体箱15时将标尺3拆下，需要测量时将标尺3安装皆可。

作为压电式陶瓷蜂鸣片的一种优选安装结构，流体箱15上设有开口，压电陶瓷蜂鸣片18粘贴在开口处，压电陶瓷蜂鸣片18与流体箱15相接区域覆盖有密封圈，密封圈通过与流体箱15固接的压盖压紧固定。具体的，可采用硅酮密封剂将压电陶瓷蜂鸣片18粘贴在开口处。具体的，密封圈采用橡胶垫圈或硅胶圈等常用密封结构即可。

这种优选安装结构，首先将压电式陶瓷蜂鸣片粘贴在开口处，实现第一层密封，再通过密封圈和压盖实现第二层密封，保证了流体箱15开口处的密封性能。

作为单液滴发生器1滑动结构的优化结构，还包括：

锁紧件，适于实现单液滴发生器1与位移平台2的相对固定。锁紧件的具体结构根据滑动的具体结构而定，例如当滑动结构采用导轨滑块副时，可将锁紧件设置为螺钉，螺钉贯穿滑块抵接至导轨实现相对固定，这是本领域人员容易设计的。

这种优化结构，通过锁紧件对单液滴发生器1的位置进行固定，能够防止单液滴发生器1回弹，影响两液滴间距。

作为具体的实现形式，本实施例的双液滴生成装置使用过程如下：

S1、储液箱14和流体箱15的气密性检查。旋转流体箱15使得喷嘴11朝上，将泵17的一个进液口171与外界液体连通，通过泵17的压力向储液箱14内腔中注入液体，内腔填满液体后自动向外腔溢出，外腔填满液体后便会通过检测孔溢出，表示储液箱14气密性良好；此时将检测孔密封，继续注入液体，液体在泵17压力的作用下通过连接管16注入流体箱15内，直至从喷嘴11喷出，表示流体箱15气密性良好，并且系统中已充满液体；此时，关闭泵17，断开该进液口171，并将另一进液口171与外腔连通，将喷嘴11旋转至喷射方向朝下，处于工作就绪状态。喷嘴11旋转过程中需对其进行密封，并且旋转至工作就绪状态后需干燥喷嘴11。

S2、调整单液滴发生器1相对位移平台2的位置，直至两喷嘴11达到目标距离，通过锁紧件将单液滴发生器1固定。

S3、分别控制两套单液滴发生器1产生液滴，液滴产生间隔、驱动电脉冲等通过对压电陶瓷蜂鸣片18控制实现。通过赋予两套单液滴发生器1不同工作参数，完成各种实验条件下的液滴干扰研究。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，包括：

两套单液滴发生器(1)，所述单液滴发生器(1)设有朝下喷射的喷嘴(11)；

位移平台(2)，其中一套所述单液滴发生器(1)安装在所述位移平台(2)上且沿所述位移平台(2)水平直线滑动，滑动方向驱使两个所述喷嘴(11)相互靠近或远离；

标尺(3)，安装在所述单液滴发生器(1)上，且适于测量两个所述喷嘴(11)的间距；

所述单液滴发生器(1)包括：

底座(12)；

立柱(13)，固定在所述底座(12)上；

储液箱(14)，安装在所述立柱(13)或底座(12)上；

流体箱(15)，安装在所述立柱(13)的上部，所述流体箱(15)上设有压电陶瓷蜂鸣片(18)，所述压电陶瓷蜂鸣片(18)适于对所述流体箱(15)内的流体施压，所述喷嘴(11)设于所述流体箱(15)上且高于所述储液箱(14)；

连接管(16)，其一端与所述储液箱(14)连通，另一端与所述流体箱(15)连通；

泵(17)，适于向所述储液箱(14)内注入液体；

所述储液箱(14)安装在所述立柱(13)上且沿所述立柱(13)上下滑动；

所述储液箱(14)内设有环形隔板(141)，所述环形隔板(141)将所述储液箱(14)的腔体分隔为内腔和外腔，所述环形隔板(141)低于所述储液箱(14)的箱壁。

2.根据权利要求1所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，所述泵(17)设有两个进液口(171)，一个适于连通外界，另一个与所述外腔连通，所述泵(17)适于向所述内腔中注入液体。

3.根据权利要求1所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，所述储液箱(14)的顶部开设有检测孔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，所述流体箱(15)相对所述立柱(13)转动且转动轴与所述立柱(13)垂直，所述喷嘴(11)的出液端在与所述转动轴垂直的方向上外伸于所述流体箱(15)。

5.根据权利要求4所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，所述标尺(3)与所述单液滴发生器(1)的滑动方向平行，所述标尺(3)的一端安装在其中一根所述立柱(13)上且沿立柱(13)上下滑动。

6.根据权利要求1所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，所述流体箱(15)上设有开口，所述压电陶瓷蜂鸣片(18)粘贴在所述开口处，所述压电陶瓷蜂鸣片(18)与所述流体箱(15)相接区域覆盖有密封圈，所述密封圈通过与所述流体箱(15)固接的压盖压紧固定。

7.根据权利要求1所述的分别控制的双液滴生成装置，其特征在于，还包括：

锁紧件，适于实现所述单液滴发生器(1)与所述位移平台(2)的相对固定。

Images