[发明专利]精确时序和空间定位的颗粒释放装置

说明书

本发明公开了一种精确时序和空间定位的颗粒释放装置。本发明包括颗粒释放单元和空间定位单元，所述的颗粒释放单元由空间定位单元调整位置。所述的颗粒释放单元包括可控的气源和颗粒释放模块，所述的颗粒释放模块包括气体喷射器和颗粒吸附管，所述的可控的气源与气体喷射器的入口连接，所述颗粒吸附管的一端与气体喷射器中的真空室相连，另一端用于吸附颗粒；气源关闭时，颗粒由于自重而下落。本发明巧妙的利用气体喷射器的真空吸附原理，保证颗粒释放的同步性和初速度为零，从而避免颗粒释放因素对颗粒运动特性研究的影响，使颗粒在实验研究过程中更加精准，可行性较强，省时省力。

技术领域

本发明涉及一种颗粒释放装置，尤其涉及一种精确时序和空间定位的颗粒释放控制装置，属于机械工程技术、颗粒技术及多相流实验技术领域。

背景技术

颗粒两相流是自然界的普遍现象，并且在大气环境科学、多相流实验技术、工程热物理、化工合成及医疗制药等诸多领域得到广泛应用，一直以来都是流体力学的研究热点。在这些领域中，颗粒作为固液两相流的离散相往往需要在时序和空间上能够精确释放。为了探求颗粒在流体中的运动行为，高速摄影技术以其能够获得颗粒在流场内的运动轨迹和速度等优点而被广泛应用于固液两相流实验中。

目前高速摄像技术研究流道内颗粒运动轨迹的释放装置中，颗粒都是在管道入口的水箱或水桶中，颗粒混合在水中一起被泵抽送到相应的流道。但是，颗粒具有随机性，其入口的释放位置难以确定，并且大部分颗粒密度大于水，具有沉降作用，颗粒的抽送变得更加困难；此外，抽送水体中含有颗粒数量较多，不同颗粒间的作用力对两相流实验中的颗粒运动行为产生不可控影响。

现有的颗粒释放装置主要是基于开式的水槽中，流道与大气压接触，可以自由释放颗粒。闭式管道等流道输送采用闭式设计，流道内压力高于大气压，无法实现自由释放。而专业的力学测试引进先进的粒子发生器，并且由专业测试公司生产，存在造价高，无法普遍应用，制作周期长等缺点。即便采用先进的粒子发生器，也需要在管道上根据颗粒的直径大小进行定制打孔，而且实验颗粒更换时，需要更换管道并另行打孔，非常不便。此外，各式各样的颗粒释放装置虽然可以保证颗粒下落的同步性和初速度为零，但缺陷也显而易见，释放过程中执行器（机械臂等）动作过程中往往会在流体内产生扰动，对流场和颗粒运动造成一定程度的影响，或者只能释放某一种具有特殊磁性材质的颗粒。因此，多相流实验中急需适用于不同材料颗粒，且能满足精确定位颗粒沉降时间及位置的颗粒释放装置，从而实现高效控制颗粒释放的时间和空间定位。

发明内容

本发明针对现有颗粒释放装置不能高效控制不同材料颗粒释放的时间和空间问题，采用喷射器，设计了新型颗粒释放装置。

本发明利用喷射器的真空吸附原理，提供了一种精确时序和空间定位的颗粒释放装置，从而满足两相流颗粒实验研究或者类似需要精准控制释放物体的时间与位置前提的相关研究，提高控制颗粒吸附和释放的效率和时空精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明包括颗粒释放单元和空间定位单元，所述的颗粒释放单元由空间定位单元调整位置。

所述的颗粒释放单元包括可控的气源和颗粒释放模块，所述的颗粒释放模块包括气体喷射器和颗粒吸附管，所述的可控的气源与气体喷射器的入口连接，所述颗粒吸附管的一端与气体喷射器中的真空室相连，另一端用于吸附颗粒；气源关闭时，真空室的真空消失，颗粒由于自重而下落。

进一步说，所述的可控的气源包括空压机、过滤器、截止阀和精密调压阀，气体在空压机内增压完成后经所述过滤器过滤，截止阀控制气体的供给与关闭，精密调压阀精准调节喷射器气体的入口压力，从而精准控制颗粒吸附力的大小。

进一步说，所述的颗粒释放单元有两个，可控的气源的输出分为两支路为每个颗粒释放单元供气，其中的每一支路设置有二级精密减压阀，通过调整二级精密减压阀控制不同颗粒两个支路上入口气流压力，从而达到两支路吸附不同质量颗粒的效果。