[发明专利]解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的系统与方法

说明书

本发明涉及一种解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的系统，其包括液滴碰撞实验台和图像采集可视化系统，液滴碰撞实验台由低温控制系统、静电式雾化器、颗粒分布板、升降台组成；静电式雾化器放置在低温控制系统上端，球形颗粒排列在颗粒分布板上，颗粒分布板置于升降台肋板上并放置在低温控制系统内部与喷嘴同一竖直位置；图像采集可视化系统由高速摄像机、LED光源、PC机组成；将PC机与高速摄像机端口连接，高速摄像机与LED灯源对称放置于升降台两端，并将镜头与光源调节到与球形颗粒球心等高位置。本方法实验工况为低温条件，能够清晰采集液滴撞击球形颗粒冷冻涂覆的图像，并有可视化系统的图像处理方法，适用于液滴撞击固体表面涂覆冷冻的研究。

技术领域

本发明属于喷雾冷冻干燥技术领域，它涉及一种微米级液滴撞击球形颗粒表面冷冻涂覆时的形态变化微观动态观测技术，特别是一种解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的系统与方法，用以分析微米级液滴撞击低温球形表面冷冻涂覆时的动态变化。

背景技术

单液滴撞击球形颗粒表面的研究在近年来越来越引起广大研究者的关注，液滴的碰撞问题主要涉及工业中喷雾冷冻干燥技术和现实生活中的自然灾害问题的解决。如，在干燥行业利用喷雾冷冻干燥技术提高粉体产品的质量，通过研究液滴在载体颗粒的涂覆现象制备表面具有多孔结构的粉体颗粒提高粉体的速溶性和尺寸均匀性；研究冬季雾滴在输送电线结冰现象，通过研究其结冰机理预防输送电线因结冰问题而出现坍塌。为了深入研究雾化液滴撞击载体颗粒后的冻结机理，因此需要通过实验研究液滴撞击球形颗粒过程中液滴的冻结行为。

以往的研究来看，液滴与壁面的撞击现象多涉及平面，很少涉及曲面的碰撞现象，而且多数的实验研究常温下液滴铺展及破碎等物理变化。对于液滴碰撞过程中的冻结行为的研究多数涉及毫米级大尺寸的液滴。

因此本方法解决了研究微米级液滴碰撞球形颗粒表面冷冻涂覆过程的动态行为，并有可视化系统的图像处理方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的可视化系统与方法，是一种微观观测方法，为研究雾化液滴撞击颗粒后的一系列动态行为及冻结机理提供可靠的研究方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的系统，其特征在于：包括液滴碰撞实验台和图像采集可视化系统，所述的液滴碰撞实验台由低温控制系统、静电式雾化器、颗粒分布板、升降台组成；静电式雾化器放置在低温控制系统上端，球形颗粒排列在颗粒分布板上，颗粒分布板置于升降台上端并放置在低温控制系统内部的喷嘴同一竖直位置；所述的图像采集可视化系统由高速摄像机、LED光源、PC机组成；将PC机与高速摄像机端口连接，高速摄像机与LED灯源对称放置于升降台两端，并将镜头与光源调节到与球形颗粒球心等高位置。

而且，所述低温控制系统可人为设定温度，并在低温控制系统上盖开设液滴进入孔以及调节颗粒分布板的的手孔。

而且，所述静电式雾化器通过静电雾化产生微米级液滴，并且可调节流量、静电压力和频率，且可安装不同尺寸喷嘴。

而且，所述的颗粒分布板为条状铝板，表面有一列半球形凹槽。

而且，所述的高速摄像机使用三脚架支撑，并将数据输出端口通过数据线连接PC机，高速摄像机机体外设有保温层。

而且，所述的升降台上端设有矩形管道，用于放置颗粒分布板，管道中心开有矩形槽口。

一种解决微米级液滴撞击球形表面冷冻涂覆的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)颗粒预冷：将球形颗粒排列放置与颗粒分布板，将分布板置于升降台上端，并将升降台放置于低温控制系统内部，球形颗粒球心与液滴进入孔圆心对齐，设置低温控制系统温度为-30℃，进行预冷；