[发明专利]一种无接触振动诱导球形液滴破碎可视化装置

说明书

本发明公开了一种无接触振动诱导球形液滴破碎可视化装置，包括透明耐压密封罩、信号控制单元、声悬浮单元、环境可控单元及光学观测单元；信号控制单元设置在透明耐压密封罩外，用于提供产生球形液滴的驻波信号以及令球形液滴瞬时破碎信号，传输给声悬浮单元；声悬浮单元设置在透明耐压密封罩内，接收驻波信号产生呈空间三维正交的驻波声场生成球形液滴，然后接收瞬时破碎信号诱导球形液滴破碎；环境可控单元用于控制透明耐压密封罩内的压力和温度；光学观测单元设置在透明耐压密封罩外，用于观测球形液滴破碎过程并记录。本发明解决了液滴呈扁平状的问题且能够观测声悬浮下球形液滴的破碎过程。

技术领域

本发明涉及内燃机液体燃料破碎技术领域，具体涉及一种无接触振动诱导球形液滴破碎可视化装置。

背景技术

影响内燃机中液体燃料燃烧的因素主要有液体燃料的破碎、蒸发以及与空气的混合等。其中，液滴破碎是非常关键的一环。当燃料液滴经喷油嘴喷出后，在气液两相作用力下，发生破碎及雾化，燃料与空气充分混合后进而燃烧，而有少部分燃油喷射到活塞顶部或气缸壁面，导致液滴撞击振动壁面，进而发生沉积，扩展，反弹等现象，反弹后的液滴继续破碎、雾化、混合和燃烧。内燃机燃烧常常是扩散燃烧，燃料破碎的程度影响混合气的质量，从而影响内燃机的性能。因此，准确把握液滴破碎的过程，对于加快液体燃料的燃烧、改善燃烧环境、提高燃烧效率，从而节约能源，减少环境污染，都具有十分重要的意义。

声悬浮是在重力或微重力空间利用强驻波声场中产生的声辐射力与悬浮样品重力相平衡，而使悬浮样品稳定悬浮在声场中的一门新兴技术。它是高声强条件下的一种非线性现象，理论上可以悬浮各种性质的材料，而且不附加热效应，所以受到人们的青睐。声悬浮可以模拟空间环境中的无容器状态，避免了容器和介质对材料表面的接触与污染，在无容器处理、非接触高精度加工、研究新型材料等方面都有广泛的应用。

目前，针对声悬浮液滴的实验装置基本都存在明显不足：首先，单轴式声悬浮装置产生的的驻波作用在沿超声发生器轴线方向为挤压力，而沿垂直方向为扩张力，导致单个液滴呈扁平形状；其次，大多数声悬浮液滴装置单纯使液滴整体运动或蒸发等，极少用于观测诱导液滴破碎的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无接触振动诱导球形液滴破碎可视化装置，解决了液滴呈扁平状的问题且能够观测声悬浮下球形液滴的破碎过程。

本发明采取的技术方案如下：

一种无接触振动诱导球形液滴破碎可视化装置，包括透明耐压密封罩、信号控制单元、声悬浮单元、环境可控单元及光学观测单元；

所述信号控制单元设置在透明耐压密封罩外，用于提供产生球形液滴的驻波信号以及令球形液滴瞬时破碎信号，传输给声悬浮单元；所述声悬浮单元设置在透明耐压密封罩内，接收驻波信号产生呈空间三维正交的驻波声场生成球形液滴，然后接收瞬时破碎信号诱导球形液滴破碎；所述环境可控单元用于控制透明耐压密封罩内的压力和温度；所述光学观测单元设置在透明耐压密封罩外，用于观测球形液滴破碎过程并记录。

进一步地，所述信号控制单元包括信号发生器、功率放大器、示波器及瞬时脉冲单元；信号发生器用于产生正弦超声信号；功率放大器用于将所述正弦超声信号功率放大一定倍数；示波器用于观测驻波的形成；瞬时脉冲单元用于控制输入一瞬时强信号，使球形液滴破碎；信号发生器、功率放大器、示波器以及瞬时脉冲单元顺次连接。

进一步地，所述声悬浮单元包括换能器、分线器、半球形支架、超声发射端及超声反射端；

换能器设置在透明耐压密封罩内顶部，换能器下端通过分线器与半球形支架相连，半球形支架内安装有三个呈空间三维正交的超声发射端；三个超声反射端固连在透明耐压密封罩底部，且三个超声反射端分别与三个超声发射端相对；三个超声发射端通过分线器同步连接换能器，输入同频同功率且同相位的驻波信号。

进一步地，每个超声发射端和超声反射端均固定连接变幅杆，利用变幅杆调节超声发射端和超声反射端距三维轴线交汇点距离。