RU123516U1

RU123516U1 - DEVICE FOR FORMING ONE-SIZED DROPS OF LIQUID OR GAS BUBBLES

Info

Publication number: RU123516U1
Application number: RU2012136441/28U
Authority: RU
Inventors: Юлий Дмитриевич Чашечкин
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2012-12-27

Abstract

1. Устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа, содержащее резервуар с жидкостью или газом и присоединенный к нему недеформируемый капилляр, внутри которого размещен не касающийся стенок капилляра жесткий сердечник, заостренный конец которого смещен относительно торца капилляра.2. Устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа, отличающееся тем, что жесткий сердечник размещен вдоль продольной оси капилляра.3. Устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа по п.1, отличающееся тем, что конец жесткого сердечника смещен наружу на расстояние, превышающее внутренний диаметр капилляра.4. Устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа по п.1, отличающееся тем, что конец жесткого сердечника смещен внутрь капилляра на расстояние, не превышающее внутренний диаметр капилляра.5. Устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа по п.1, отличающееся тем, что капилляр выполнен с сужающимся концом.1. A device for the formation of one-size liquid droplets or gas bubbles, containing a reservoir with liquid or gas and a non-deformable capillary attached to it, inside which there is a rigid core not touching the capillary walls, the pointed end of which is displaced relative to the end of the capillary. 2. A device for the formation of one-dimensional droplets of liquid or gas bubbles, characterized in that the rigid core is placed along the longitudinal axis of the capillary. 3. The device for the formation of one-dimensional liquid drops or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the end of the rigid core is displaced outward by a distance exceeding the inner diameter of the capillary. The device for the formation of one-dimensional drops of liquid or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the end of the rigid core is displaced inside the capillary by a distance not exceeding the inner diameter of the capillary. The device for the formation of one-dimensional drops of liquid or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the capillary is made with a tapered end.

Description

Полезная модель относится к технической физике и в частности к средствам точного дозирования жидких и газообразных сред и может найти применение при проведении различных научных исследований в области гидродинамики, физической химии, биологии, медицины и др.The utility model relates to technical physics and, in particular, to the means of precise dosing of liquid and gaseous media and can be used in various scientific studies in the field of hydrodynamics, physical chemistry, biology, medicine, etc.

Известен способ определения вязкости жидкости, который включает движение в ней шарового зонда. При этом в качестве шарового зонда используют газовый пузырек-маркер, сформированный на выходе сопла, через которое газ поступает в цилиндрическую кювету, заполненную жидкостью (RU 2390757 [1]) Используемое в данном способе устройство для формирования газовых пузырьков не может быть использовано в исследованиях, где требуется высокая точность формирования пузырьков заданного объема, поскольку, наряду с формированием основного пузырька, устройство генерирует и пузырьки - спутники (см. «Открытие в гидродинамике - всплывающие пузырьки воздуха имеют память» [2])A known method for determining the viscosity of a liquid, which includes the movement of a ball probe in it. In this case, a gas bubble marker is used as a ball probe, formed at the nozzle exit, through which gas enters a cylindrical cuvette filled with a liquid (RU 2390757 [1]) The device for forming gas bubbles used in this method cannot be used in research, where high accuracy is required for the formation of bubbles of a given volume, because, along with the formation of the main bubble, the device also generates satellite bubbles (see “Opening in hydrodynamics - pop-up air bubbles and have memory ”[2])

Известно устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, в котором осуществляется формирование пузырька на кончике капилляра (RU 2416090 [3]). Недостатком известного устройства является невысокая точность формирования пузырьков заданного объема, поскольку, наряду с формированием основного пузырька, устройство генерирует и пузырьки - спутники.A device for determining the surface tension of liquids is known, in which a bubble is formed at the tip of a capillary (RU 2416090 [3]). A disadvantage of the known device is the low accuracy of the formation of bubbles of a given volume, because, along with the formation of the main bubble, the device also generates bubbles - satellites.

Известен генератор капель, который используется при исследовании работы автомобильных двигателей (CN 101813044 [4]). Устройство содержит топливный насос, на выходе которого установлен капилляр, корпус которого соединен с генератором синусоидальных колебаний для обеспечения вибрации капилляра.Known droplet generator, which is used in the study of the operation of automobile engines (CN 101813044 [4]). The device comprises a fuel pump, at the output of which a capillary is installed, the housing of which is connected to a sinusoidal oscillation generator to ensure capillary vibration.

Регулируя внутренний диаметр капиллярной трубки и регулируя частоту колебаний или скорость потока, генератор капель может формировать капли различных размеров и с различной частотой их следования. Недостатком известного устройства является невысокая точность формирования капель заданного объема, поскольку, наряду с формированием основной капли, устройство генерирует и капли-спутники, также как и в случае формирования газовых пузырьков.By adjusting the inner diameter of the capillary tube and adjusting the oscillation frequency or flow rate, the droplet generator can form droplets of various sizes and with different repetition rates. A disadvantage of the known device is the low accuracy of the formation of droplets of a given volume, because, along with the formation of the main drop, the device also generates satellite drops, as well as in the case of the formation of gas bubbles.

Известно дозирующее устройство, которое состоит из герметичного цилиндрического корпуса с прозрачной обечайкой из оргстекла, расходометра, патрубка, гибкого трубопровода, держателя иглы, иглы с капиллярным отверстием. Держатель иглы пружинами прижат к мембране генератора колебаний, жестко соединенного с кронштейном (RU 2089877 [5]). Вода при перепаде давлений вакуум-атмосфера (давление в камере Р=1,3-1,5 КПа) через расходомер подается в патрубок и далее по гибкому трубопроводу и держателю иглы к игле с капиллярным отверстием. Возмущающее воздействие от генератора колебаний передается через мембрану на держатель иглы. Варьируя расходом воды, сечением иглы и частотой колебаний генератора, устанавливают требуемый размер капель и частоту их образования (расстояние между каплями).A metering device is known, which consists of a sealed cylindrical body with a transparent shell made of plexiglass, a flowmeter, a pipe, a flexible pipe, a needle holder, a needle with a capillary hole. The needle holder springs pressed against the membrane of the oscillation generator, rigidly connected to the bracket (RU 2089877 [5]). Water at a differential pressure of the vacuum atmosphere (pressure in the chamber P = 1.3-1.5 KPa) is fed through the flow meter into the pipe and then through a flexible pipe and needle holder to the needle with a capillary hole. The disturbing effect from the oscillation generator is transmitted through the membrane to the needle holder. Varying the flow rate of water, the cross section of the needle and the oscillation frequency of the generator, set the required droplet size and frequency of their formation (distance between the droplets).

Недостатком известного устройства является невысокая точность формирования капель заданного объема, поскольку, наряду с формированием основной капли, устройство генерирует и капли - спутники.A disadvantage of the known device is the low accuracy of the formation of drops of a given volume, because, along with the formation of the main drop, the device also generates drops - satellites.

Заявляемое устройство направлено на повышение точности дозирования. Указанный результат достигается тем, что устройство для формирования одноразмерных капель жидкости или пузырьков газа, содержит резервуар с жидкостью или газом и присоединенный к нему недеформируемый капилляр, внутри которого размещен не касающийся стенок капилляра жесткий сердечник, заостренный конец которого смещен относительно торца капилляра.The inventive device is aimed at improving the accuracy of dosing. This result is achieved in that the device for forming one-dimensional drops of liquid or gas bubbles contains a reservoir with liquid or gas and an undeformable capillary attached to it, inside which a rigid core is placed that does not touch the walls of the capillary, the pointed end of which is offset from the end of the capillary.

Указанный результат достигается так же тем, что жесткий сердечник размещен вдоль продольной оси капилляра.The specified result is achieved in the same way that the hard core is placed along the longitudinal axis of the capillary.

Указанный результат достигается так же тем, что конец жесткого сердечника смещен наружу на расстояние, превышающее внутренний диаметр капилляра.This result is also achieved by the fact that the end of the rigid core is shifted outward by a distance exceeding the inner diameter of the capillary.

Указанный результат достигается так же тем, что конец жесткого сердечника смещен внутрь капилляра на расстояние, непревышающее внутренний диаметр капилляра.The indicated result is also achieved by the fact that the end of the rigid core is displaced inside the capillary by a distance that does not exceed the internal diameter of the capillary.

Указанный результат достигается так же тем, что капилляр выполнен с сужающимся концом.The specified result is achieved in the same way that the capillary is made with a tapering end.

При проведении научных исследований автором в результате поисков удобных в эксплуатации и стабильных в долговременной работе дозаторов газа при создании пузырьков совершенно неожиданно было установлено, что если внутри капилляра разместить жесткий заостренный сердечник, конец которого смещен относительно торца капилляра, то капли жидкости и газовые пузырьки в жидкости формируются без образования пузырьков - спутников и капель - спутников.When conducting scientific research, the author, as a result of searches for gas dispensers convenient in operation and stable in long-term operation, when creating bubbles, it was completely unexpectedly found that if a rigid pointed core is placed inside the capillary, the end of which is offset relative to the end of the capillary, then liquid droplets and gas bubbles in the liquid are formed without the formation of bubbles - satellites and droplets - satellites.

Для сохранения стабильности параметров газовых пузырьков в жидкости или капель жидкости в газе, стенки капилляра должны быть жесткими (недеформируемыми), сердечник - жестким, заостренным и не касаться в выходном отверстии стенок капилляра.To maintain the stability of the parameters of gas bubbles in a liquid or drops of liquid in a gas, the capillary walls should be rigid (undeformable), the core should be rigid, pointed and not touch the capillary walls in the outlet.

Наиболее оптимально размещение жесткого сердечника вдоль продольной оси капилляра. В этом случае расход жидкости при формировании капель или газа (при формировании пузырьков в жидкости) однороден по сечению, что способствует формированию капли с минимальными отклонениями от осесимметричной в момент отрыва и уменьшению амплитуды объемных колебаний капли, которые могут оказывать нежелательное действие в прецизионных экспериментах.The most optimal placement of the hard core along the longitudinal axis of the capillary. In this case, the liquid flow during the formation of droplets or gas (during the formation of bubbles in the liquid) is uniform in cross section, which contributes to the formation of a droplet with minimal deviations from the axisymmetric at the time of separation and to a decrease in the amplitude of volumetric oscillations of the droplet, which may have an undesirable effect in precision experiments.

Как известно, при отрыве в пузырьке (или капле) возбуждаются объемные осцилляции, от области разрыва по поверхности бегут короткие капиллярные волны. Интенсивность объемных осцилляции зависит от относительного положения вершины центрального стержня относительно среза капилляра. В частности, выдвижение стержня из капилляра приводит к увеличению амплитуды объемных колебаний, что увеличивает интенсивность процессов обмена веществом и энергией.As is known, with separation in the bubble (or drop), volumetric oscillations are excited, short capillary waves run from the area of the gap on the surface. The intensity of volumetric oscillations depends on the relative position of the top of the central rod relative to the cut of the capillary. In particular, the extension of the rod from the capillary leads to an increase in the amplitude of volumetric vibrations, which increases the intensity of the processes of exchange of matter and energy.

Амплитуда коротких капиллярных волн увеличивается, когда стержень сдвигается внутрь капилляра. Углублении стержня больше, чем на диаметр капилляра, его влияние перестает проявляться, и отрыв пузырька может сопровождается образованием мелких сателлитов.The amplitude of short capillary waves increases when the rod is shifted into the capillary. The depth of the rod is greater than the diameter of the capillary, its effect ceases to be manifested, and separation of the bubble may be accompanied by the formation of small satellites.

Диапазон изменчивости диаметров газовых пузырьков минимален, когда капилляр выполнен из стекла или металла и имеет классическую форму с зауженным концом.The range of variability of the diameters of gas bubbles is minimal when the capillary is made of glass or metal and has a classic shape with a narrowed end.

Сущность заявляемого устройства для формирования капель жидкости или пузырьков газа поясняется графическими материалами и примером реализации. На фиг.1 схематично представлен вариант реализации устройства для генерации капель жидкости с выдвинутым из капилляра жестким стержнем. На фиг.2 схематично представлен вариант реализации устройства для генерации стандартных газовых пузырьков с вдвинутым внутрь капилляра жестким стержнем.The essence of the claimed device for forming droplets of liquid or gas bubbles is illustrated in graphic materials and an example implementation. Figure 1 schematically shows an embodiment of a device for generating liquid droplets with a rigid rod extended from a capillary. Figure 2 schematically shows an embodiment of a device for generating standard gas bubbles with a rigid rod pushed inside the capillary.

Пример. В предпочтительном варианте реализации устройство для формирования капель жидкости или пузырьков газа содержит резервуар 1 с жидкостью или газом и присоединенный к нему с помощью соответствующих шлангов или трубопроводов (на чертежах не показаны) недеформируемый капилляр 2 с сужающимся концом, внутри которого размещен жесткий сердечник 3, конец которого смещен относительно торца капилляра. В случае использования устройства для формирования пузырьков в качестве резервуара может выступать баллон со сжатым газом, снабженный соответствующей запорной арматурой и средствами регулирования подачи газа через капилляр. Газ также может производиться внутри снабженной электродами стеклянной полости, к которой подсоединен капилляр, при электролизе водных растворов.Example. In a preferred embodiment, the device for forming liquid droplets or gas bubbles contains a reservoir 1 with liquid or gas and attached to it using appropriate hoses or pipelines (not shown in the drawings) an undeformable capillary 2 with a tapering end, inside of which a rigid core 3 is placed, the end which is offset relative to the end of the capillary. In the case of using the device for forming bubbles, a container with compressed gas can be used as a reservoir, equipped with appropriate shutoff valves and means for regulating the gas supply through the capillary. Gas can also be produced inside the glass cavity provided with electrodes, to which the capillary is connected, during the electrolysis of aqueous solutions.

В случае использования устройства для формирования капель в качестве резервуара может выступать любая емкость, либо обеспечивающая перемещение жидкости самотеком под воздействием гравитационного поля земли, либо снабженная насосом, обеспечивающим требуемую скорость прокачки жидкости через капилляр.In the case of using a device for forming droplets, any reservoir can act as a reservoir, either providing gravity to move the fluid under the influence of the gravitational field of the earth, or equipped with a pump that provides the required speed of fluid pumping through the capillary.

Устройство для формирования капель жидкости или пузырьков газа функционирует следующим образом.A device for forming liquid droplets or gas bubbles operates as follows.

При использовании предлагаемого устройства в качестве средства для формирования пузырьков для проведения научных исследований (например, определение вязкости, поверхностного натяжения, профиля частоты плавучести, характеризующего распределение плотности или профиля горизонтальной компоненты скорости непрерывно стратифицированных сред капилляр 2 погружают в жидкость открытым концом вверх и с помощью запорной арматуры устанавливают требуемый расход воздуха. Формирующиеся пузырьки лишены пузырьков-спутников меньшего размера, что повышает точность проводимых исследований.When using the proposed device as a means for forming bubbles for scientific research (for example, determining viscosity, surface tension, buoyancy frequency profile characterizing the density distribution or profile of the horizontal velocity component of continuously stratified media, capillary 2 is immersed in the liquid with its open end up and using a shut-off fittings set the required air flow rate. The resulting bubbles are devoid of smaller satellite bubbles, which improves the accuracy of research.

При использовании предлагаемого устройства в качестве средства для формирования капель для проведения научных исследований капилляр устанавливают вертикально, открытым концом вниз и с помощью соответствующих средств устанавливают частоту образования капель. В результате, при использовании предлагаемого устройства, капли формируются без образования капель-спутников.When using the proposed device as a means for forming droplets for scientific research, the capillary is mounted vertically, with its open end down, and the frequency of droplet formation is established using appropriate means. As a result, when using the proposed device, drops are formed without the formation of droplets satellites.

Claims

1. A device for the formation of one-dimensional drops of liquid or gas bubbles, containing a reservoir with a liquid or gas and attached to it an undeformable capillary, inside of which there is a rigid core that does not touch the walls of the capillary, the pointed end of which is offset from the end of the capillary.

2. Device for forming one-dimensional drops of liquid or gas bubbles, characterized in that the rigid core is placed along the longitudinal axis of the capillary.

3. The device for forming one-dimensional drops of liquid or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the end of the rigid core is displaced outward by a distance exceeding the inner diameter of the capillary.

4. The device for forming one-dimensional drops of liquid or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the end of the rigid core is displaced inside the capillary by a distance not exceeding the inner diameter of the capillary.

5. A device for forming one-dimensional drops of liquid or gas bubbles according to claim 1, characterized in that the capillary is made with a tapering end.