专利摘要
本发明公开了一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，包括液滴发生器、供气装置、供液装置、控制系统；液滴发生器包括腔体，腔体上开有滴液通道和供气通道，滴液通道和供气通道相连通，滴液通道与供液装置相连，供气通道与供气装置相连，腔体的下端出液口处从上至下依次设置第一测速装置、第一控速电场板、第二控速电场板和第二测速装置；控制系统包括单片机和电流信号发生器，单片机与电流信号发生器相连，第一测速装置、第二测速装置、供气装置和供液装置均与单片机相连，腔体的侧壁、第一控速电场板和第二控速电场板均与电流信号发生器相连。本发明利用气体将液滴间隔并压出，避免了液体粘连与堵头，对形成液滴的大小控制更为精准。
权利要求
1.一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，其特征在于，包括液滴发生器(1)、供气装置(2)、供液装置(3)、控制系统(4)等；所述液滴发生器(1)包括腔体(5)，所述腔体(5)的材料为导电性材料，所述腔体(5)上开有滴液通道(6)和供气通道(7)，所述滴液通道(6)和供气通道(7)相连通，滴液通道(6)与供液装置(3)相连，供气通道(7)与供气装置(2)相连，腔体(5)的下端出液口处从上至下依次设置第一测速装置(9)、第一控速电场板(8)、第二控速电场板(21)和第二测速装置(20)，第一控速电场板(8)和第二控速电场板(21)均与腔体(5)之间隔有绝缘材料(10)；所述控制系统(4)包括单片机和电流信号发生器，所述单片机与电流信号发生器相连，所述第一测速装置(9)、第二测速装置(20)、供气装置(2)和供液装置(3)均与单片机相连，所述腔体(5)的侧壁、第一控速电场板(8)和第二控速电场板(21)均与电流信号发生器相连。
2.根据权利要求1所述的粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，其特征在于，所述供气装置(2)和供液装置(3)结构相同，包括基座(11)和注射器腔体(12)，所述注射器腔体(12)通过固定块(13)固定在基座(11)上，固定块(13)之间铰接有驱动丝杆(14)，驱动丝杆(14)上套设有驱动滑块(15)，驱动滑块(15)与驱动丝杆(14)啮合传动，固定块(13)之间固定连接有固定滑杆(16)，固定滑杆(16)穿过驱动滑块(15)，注射器腔体(12)内设置有注射器活塞(17)，注射器活塞(17)与驱动滑块(15)固定相连，注射器腔体(12)出口处连接有软管(18)；基座(11)上安装有步进电机(19)，步进电机(19)驱动驱动丝杆(14)转动，步进电机(19)与单片机相连；供气装置(2)的软管与供气通道(7)相连，供液装置(3)的软管与滴液通道(6) 相连。
3.根据权利要求1所述的粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，其特征在于，所述控制系统(3)还包括输入装置和输出装置，所述输入装置用于输入需液滴大小、初速度和液滴滴落频率、液体粘度和张力，输出装置为显示器，用于显示输入数值和最终液滴速度。
4.根据权利要求1所述的粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，其特征在于，所述第一测速装置(9)和第二测速装置(20)均为测速传感器。
说明书
技术领域
本发明属于液滴产生和分离技术领域，特别涉及一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置。
背景技术
液滴发生装置可用于液滴的变形、破碎、碰撞、沉降等性能测试实验。这类实验是研究和检测液体雾化喷涂机理和特性的重要组成部分。粘弹性流体其粘度依赖于剪切率，兼具粘性和弹性，如绝大多数聚合物溶液，悬浮溶液，生物流体就属于粘弹性流体。粘弹性流体的破碎机理及其液滴的变形，碰撞特性在喷涂，医药，航空，新材料等领域有着重要的应用背景。
针对于粘弹性流体液滴的发生装置目前尚无成熟的结构，已有的液滴发生器对形成的液滴大小和初始速度没有稳定、精准、直观的控制方法，也未考虑到粘弹性流体具有高黏性和弹性容易堵塞管路和出口，同时其液丝易发生粘连。
公开号为CN103182113A的在先申请，公开了一种液滴发生器及其工作方法，利用液滴自重悬挂在低头处，并利用堵头开关甩出液滴，这个方法对粘弹性流体会产生明显的粘连液丝，也无法直观准确的量化控制液滴大小，因而有其局限性。
发明内容
针对上诉不足，本发明提供一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，包括液滴发生器、供气装置、供液装置、控制系统；所述液滴发生器包括腔体，所述腔体的材料为导电性材料，所述腔体上开有滴液通道和供气通道，所述滴液通道和供气通道相连通，滴液通道与供液装置相连，供气通道与供气装置相连，腔体的下端出液口处从上至下依次设置第一测速装置、第一控速电场板、第二控速电场板和第二测速装置，第一控速电场板和第二控速电场板均与腔体之间隔有绝缘材料；所述控制系统包括单片机和电流信号发生器，所述单片机与电流信号发生器相连，所述第一测速装置、第二测速装置、供气装置和供液装置均与单片机相连，所述腔体的侧壁、第一控速电场板和第二控速电场板均与电流信号发生器相连。
进一步的，所述供气装置和供液装置结构相同，包括基座和注射器腔体，所述注射器腔体通过固定块固定在基座上，固定块之间铰接有驱动丝杆，驱动丝杆上套设有驱动滑块，驱动滑块与驱动丝杆啮合传动，固定块之间固定连接有固定滑杆，固定滑杆穿过驱动滑块，注射器腔体内设置有注射器活塞，注射器活塞与驱动滑块固定相连，注射器腔体出口处连接有软管；基座上安装有步进电机，步进电机驱动驱动丝杆转动，步进电机与单片机相连；供气装置的软管与供气通道相连，供液装置的软管与滴液通道相连。
进一步的，所述控制系统还包括输入装置和输出装置，所述输入装置用于输入需液滴大小、初速度和液滴滴落频率、液体粘度和张力，输出装置为显示器，用于显示输入数值和最终液滴速度。
进一步的，所述第一测速装置和第二测速装置均为测速传感器。
本发明的有益效果是：本发明根据液滴破碎机理对形成的液滴大小预测和液滴的速度控制更为精准。本发明利用气体将液滴间隔并压出，避免了液体粘连与堵头，对形成液滴的大小控制更为精准。产生的液滴大小、初速度和液滴滴落频率可以精准控制并显示在显示屏上，节省了实验中计算的时间，使液滴参数更直观的呈现，有利于对液滴的研究。
附图说明
图1为本发明液滴发生装置的结构连接示意图；
图2为本发明液滴发生装置的出口处结构放大图；
图3为本发明液滴发生装置的供气装置和供液装置的结构示意图；
图4为本发明液滴发生装置工作流程图；
图中：液滴发生器1、供气装置2、供液装置3、控制系统4、腔体5、滴液通道6、供气通道7、第一控速电场板8、第一测速装置9、绝缘材料10、基座11、注射器腔体12、固定块13、驱动丝杆14、驱动滑块15、固定滑杆16、注射器活塞17、软管18、步进电机19、第二测速装置20、第二控速电场板21。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
如图1-2所示，一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置，包括液滴发生器1、供气装置2、供液装置3、控制系统4；所述液滴发生器1包括腔体5，所述腔体5的材料为导电性材料，所述腔体5上开有滴液通道6和偶数个供气通道7，偶数个供气通道7相对于滴液通道6呈中心对称布置，使得供气通道7流出的气体能够均匀的剪切滴液通道6流出的液体，本实施例中供气通道7取两个，所述两个供气通道7在滴液通道6上交汇于一处，滴液通道6与供液装置3相连，供气通道7与供气装置2相连，腔体5的下端出液口处从上至下依次设置第一测速装置9、第一控速电场板8、第二控速电场板21和第二测速装置20，第一控速电场板8和第二控速电场板21均与腔体5之间隔有绝缘材料10；所述控制系统4包括单片机和电流信号发生器，所述单片机与电流信号发生器相连，所述第一测速装置9、第二测速装置20、供气装置2和供液装置3均与单片机相连，所述腔体5的侧壁、第一控速电场板8和第二控速电场板21均与电流信号发生器相连。
如图3所示，所述供气装置2和供液装置3结构相同，包括基座11和注射器腔体12，所述注射器腔体12通过固定块13固定在基座11上，固定块13之间铰接有驱动丝杆14，驱动丝杆14上套设有驱动滑块15，驱动滑块15与驱动丝杆14啮合传动，固定块13之间固定连接有固定滑杆16，固定滑杆16穿过驱动滑块15，注射器腔体12内设置有注射器活塞17，注射器活塞17与驱动滑块15固定相连，注射器腔体12出口处连接有软管18；基座11上安装有步进电机19，步进电机19驱动驱动丝杆14转动，步进电机19与单片机相连；供气装置2的软管分成两个支管，两个支管与两个供气通道7相连，供液装置3的软管与滴液通道6相连。
所述控制系统3还包括输入装置和输出装置，所述输入装置可以为键盘，用于输入需液滴大小、初速度和液滴滴落频率、液体粘度和张力，输出装置可以为显示器，用于显示输入数值和最终液滴速度。
所述第一测速装置9和第二测速装置20均为测速传感器，可以采用上海翰西电气科技有限公司的激光对射电容式接近开关传感器，但不限于此。所述单片机可以采用51单片机，但不限于此。
本实施例液滴通道6直径为2mm，本装置可形成的液滴直径范围为：0.5mm-6mm，大于上述最大值喷出的液滴不再是液滴，变为多个液滴合成的液柱。液滴破碎机理的研究普遍表明，当韦伯数小于某一临界值时，液滴不会发生破碎，韦伯数的定义为We＝ρgu2d/σ，表征的是气动力和表面张力之比，对于粘弹流体液滴破碎还需考虑液体粘性的影响，根据Brodkey的相关研究(R.S.Brodkey,The phenomena of fluid motions,Addison-Wesley series in Chemical engineering.Addison-Wesley Pub.Co.,New York,NY,USA.,1967.)，对于粘弹流体，韦伯数可加入另一无量纲参数欧森数加以修正： 其中We＝ρgu2d/σ， 为欧森数，可表征粘性力和表面张力之比，ρg＝1.29kg/m3，ρl为液体密度，r为液滴半径，u为气液相对速度、d为液滴直径，σ为液滴表面张力，μl为液体粘度，对于粘弹流体，液体的粘度随剪切速率的变化而变化，其粘度可写为： λ1是松弛时间，λ2是滞后时间，μ0是液体剪切速率为0时的粘度， 为剪切速率，当剪切速率很小时μl趋近于μ0。根据产生液滴尺寸的范围可控制为0.5mm-6mm，根据相关机理性研究We＜6时，才能保证液滴不破碎，可得出气液相对速度的最大值为 其中 气液相对速度的最大值即为液滴临界破碎速度us。本实施例中两个气体通道圆形截面积为液体通道圆形截面积的1/2；液滴驱动速度vl＝0.25u0dl，其中u0为液滴初速度，dl为供气装置2中注射腔体直径；气体驱动速度vg＝0.25u0dg，dg为供液装置3中注射腔体直径，液体注射时间 气体注射时间 其中f为液滴频率。
首先通过输入装置输入所需液滴直径d、液滴初速度u0、液滴频率f、液体张力σ、松弛时间λ1、滞后时间λ2、剪切速率 零剪切粘度μ0和液体密度ρl，输入的数据传递给单片机，通过单片机获得该液滴的临界破碎速度us，将输入的液滴初速度u0与该临界破碎速度us相比较，若u0大于us，则重新输入液滴初速度u0，直到u0小于等于us；接着，单片机控制供液装置3中的步进电机实现液体不同速度的高精度、平稳间断传输，控制供气装置2中的步进电机实现气体不同频率和不同速度的间断传输，由于此装置注入液滴尺寸较小，注气压力稳定且较低，两端气体管道同时压入气体从两端包裹分离的液滴向下缓慢输送，此时液滴通道6内流速较低不会形成气液两相湍流或气泡流，实现液体和气体间隔汇聚于液滴通道6，从而实现对液滴不同尺寸大小和滴落频率的控制。
由于腔体5的材料为导电性材料，腔体5的侧壁、第一控速电场板8和第二控速电场板21均与电流信号发生器相连；这是因为导电性材料上可生成由外部静电力而感应的电流，结果会使流体表面形成静电场，详细来说，所述电流信号发生器产生的交流性信号是正和负交替重复的正弦波信号，当所述导电腔体5上施加正交流性信号时，液滴通道6内的液滴集中被感应成负电荷；当所述导电腔体5上施加负交流性信号时，液滴通道6内的液滴集中被感应成正电荷。供气装置2输出的气体将带电液滴压入液滴通道6，腔体5的下端出液口处从上至下依次设置第一测速装置9、第一控速电场板8、第二控速电场板21和第二测速装置20，第一测速装置9将测得的数据转化为电信号反馈给单片机，单片机再根据输入的初速度通过电流信号发生器发出直流高压电信号控制第一控速电场板8和第二控速电场板21带有不同性质的电荷形成加速或者减速电场(当液滴带有正电荷时第一控速电场板8带正电、第二控速电场板21带负电形成液滴的加速电场，反之第一控速电场板8带负电、第二控速电场板21带正电形成液滴的减速电场，通过电流信号发生器使第一控速电场板8和第二控速电场板21带电量的多少，来控制加速/减速电场的强度)，使带电液滴受到库仑力，实现液滴速度的调节，出口末端同时安装第二测速装置20，第二测速装置20将测得的数据转化为电信号反馈给单片机，单片机反馈再控制电流信号发生器，使得第二测速装置20检测到的液滴速度趋近于初始设定的速度，将最终速度显现与显示屏上，实现了对液滴初速度的控制。
实施例：
如图4所示，将液体注入到供液装置3上的注射器腔体12内，通过输入装置将所需参数液滴直径d、液滴初速度u0、液滴频率f，输入液体的物性参数σ、λ1、λ2、 μ0和ρl，输入到单片机中，通过单片机计算获得该液滴的临界破碎速度us，将u0与us相比较，若u0大于us，则重新输入u0，直到u0小于等于us；通过输入液滴初速度u0、液滴频率f计算出步进电机的驱动输出参数液滴驱动速度vl、气体驱动速度vg和液体注射时间tl、气体注射时间tg，气体液体同时压入流道于支路汇合处气体将液体挤压成段向下运动，第一测速装置9测得此时液滴的速度为u1，并将该速度反馈给单片机，单片机再根据输入的初速度u0，判断u1是否与u0相等，若相等，则直接输出液滴速度；若不相等，则单片机控制电流信号发生器向腔体5发出交流电信号，此时液滴被气体压出液体通道6，单片机处理后控制电流信号发生器向第一控速电场板8和第二控速电场板21发射直流信号，使带电液滴受到库仑力，调整液滴速度，第二测速装置20测得此时液滴的速度为u2，将该速度反馈给单片机，单片机再根据输入的初速度u0，判断u2是否与u0相等，若相等，则输出液滴；，若不相等，则单片机再次控制电流信号发生器，直到u2趋近于初始设定的液滴初速度u0，最终液滴参数显示于显示屏上，实现对液滴初速度、直径、频率的控制。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
一种粒径可控的粘弹流体液滴发生装置专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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