[发明专利]一种研究液滴运动与碰撞过程变化规律的实验装置

摘要

本发明公开了一种研究液滴运动与碰撞过程变化规律的实验装置，包括单个液滴发生系统、液滴辐射场中运动研究系统、液滴碰撞规律研究系统以及参数测量记录系统；其中，液滴碰撞规律研究系统包括材料壁面升温模块、碰撞速度调节模块、碰撞角度调节模块；本发明可测量液滴粒径变化及速度变化，研究液滴在模拟火场(辐射场)中的运动规律，可微观研究液滴以不同入射角度、入射速度碰撞材料的铺展、飞溅及回弹等规律，可微观研究液滴与不同表面温度材料碰撞的铺展、飞溅及回弹等规律。

主权项

一种研究液滴运动与碰撞过程变化规律的实验装置，其特征在于：包括单个液滴发生系统、液滴辐射场中运动研究系统、液滴碰撞规律研究系统以及参数测量记录系统；其中，液滴碰撞规律研究系统包括材料壁面升温模块、碰撞速度调节模块、碰撞角度调节模块；所述的单个液滴发生系统包括支架与液滴发生器，所述支架可通过上下调节实现改变液滴自由下落距离功能，所述液滴发生器可以产生均一的单个液滴；所述的辐射系统包括计算机、上部弧形腔体、温度控制器、电热丝与辐射系统线路；所述电热丝均匀镶嵌在弧形腔体中间位置，通过辐射系统线路连至温度控制器，所述弧形腔体由钢板外加3mm厚耐火板焊接而成，弧形前端为开口，供测量系统采集数据；实验事先标定液滴不同位置的辐射强度与电流、电热丝温度关系并通过所述计算机软件实时监控电热丝温度变化，所述温度控制器可实现在达到预设温度后自动断电、低于预设温度自动通电加热的功能；所述的材料壁面升温模块包括计算机、材料板、温度控制器、电热棒、热电偶与升温模块线路；所述材料板与飞轮相连，所述材料板为方体，所述材料板其前表面钻有7个插孔，第3个插孔与第5个插孔是热电偶插孔，所述热电偶插孔从材料板前表面中间斜向上至材料碰撞壁面，所述热电偶可实时测量材料壁面温度；所述电热棒沿其余5个插孔水平插入材料板内部，实现对材料板加热功能；并通过所述材料壁面升温模块线路连至温度控制器，实验事先标定电流与电热棒温度、材料壁面温度间关系并通过所述计算机实时监控材料壁面温度，所述温度控制器可实现在达到预设温度值后自动断电、低于预设温度自动通电加热功能；所述的碰撞速度调节模块包括电动机、飞轮、材料板；所述电动机与所述飞轮通过连动杆相连，所述连动杆末端焊接呈片状钢板，所述钢板各角落钻有小孔并通过螺栓连接；所述材料板安装在飞轮右侧面水平位置，即保持所述飞轮左侧0°刻度线水平，并通过螺栓将其与飞轮固定；所述碰撞角度模块包括飞轮，材料板，所述飞轮表面左侧标有刻度，通过旋转所需刻度至水平位置即可实现改变碰撞角度，假设刻度显示α，则液滴碰撞入射角度为：θ＝90°‑α；液滴与材料碰撞点上升了为保证液滴自由下落时间一致，以排除碰撞速度带来的干扰，可调节液滴发生系统支架高度，支架高度应调节所述飞轮表面刻度线下钻有供固定飞轮的小孔，通过螺栓连至石膏板墙体使飞轮固定；所述的参数测量记录系统包括高速摄像机及高速显微摄像机，所述高速摄像机用于测量记录液滴在辐射场中运动规律，所述高速显微摄像机微观记录液滴碰撞材料液滴铺展、飞溅及回弹规律；所述的碰撞速度调节模块调整液滴与材料壁面碰撞速度方法：假设液滴与材料壁面间距为H，所述材料板长L，宽W，厚△，所述飞轮为圆盘，其半径R，厚δ；通过调节使所述飞轮0°保持水平，液滴与材料板撞击点正好位于材料壁面正中间，液滴自由落体到达材料壁面时间液滴速度g为重力加速度，根据t调整所述材料壁面速度，所述电动机t时间内转动圈数N，其转动周期T满足对应角速度为材料壁面中心处角速度也为ω，线速度为液滴撞击材料壁面相对速度该装置可测量液滴粒径变化及速度变化，研究液滴在辐射场中的运动规律；该装置可微观研究液滴以不同入射角度碰撞材料的铺展、飞溅及回弹规律；该装置可微观研究液滴以不同入射速度碰撞材料的铺展、飞溅及回弹规律；该装置可微观研究液滴与不同表面温度材料碰撞的铺展、飞溅及回弹规律；该装置为深入了解喷淋抑制固体火蔓延及熄灭的规律提供有力基础，对高层建筑外立面火灾喷淋优化研究领域提供实验支撑。