[发明专利]一种液滴高速撞壁的试验装置

说明书

本发明属于试验装置领域，并公开了一种液滴高速撞壁的试验装置，包括计算机、继电器模块、高速相机、电磁铁、针头、风洞结构、引流风机、波纹管、支撑管段、支撑架、分流罩、聚光灯和散光板，所述电磁铁包括螺线管盒体、铁芯和回位弹簧，所述针头固定安装在所述铁芯的下端；所述支撑管段的上端伸入所述风洞结构的下端；所述分流罩放置在所述支撑架上；所述测试板设置于所述分流罩内；所述聚光灯和所述散光板设置于所述风洞结构旁；所述高速相机水平设置于所述风洞结构旁。本发明能够有效提高试验中液滴的撞壁速度，体积小，结构紧凑。此外，通过在风洞结构中加装分流罩，将液滴从气流中分离出来，可以解决气流对液滴撞壁的干扰问题。

技术领域

本发明属于试验装置领域，更具体地，涉及一种液滴高速撞壁的试验装置。

背景技术

液滴撞击固体壁面的现象在生产生活中比较常见，如土壤浸蚀、喷墨打印、喷雾冷却、发动机燃油喷射撞壁等。因此，针对液滴撞击干(湿)固体壁面现象的研究有着非常重要的意义。以往研究表明，液滴撞击固体壁面后，根据碰撞动能的不同，会分别呈现出液滴铺展或者液滴飞溅两种碰撞形态。对于液滴撞击干(湿)固体壁面的试验研究，学者们大多以高速相机抓拍液滴撞壁后的铺展或飞溅过程作为切入点，并结合图像处理技术，获得不同条件下液滴撞壁的详细发展过程以及变化规律。

目前，常用的液滴撞壁现象的观测试验台架原理都比较简单。文献“宋云超等,液滴撞击壁面的飞溅运动.内燃机学报,2013(06):第531-536页.”公开了一种用于观测液滴撞壁的试验装置，作者利用该试验装置对液滴撞壁数值计算模型的可靠性进行了验证，并研究了液滴撞壁飞溅的临界条件。但在该论文的试验装置中，液滴通过重力获得撞壁速度，只能通过调节液滴下落高度来改变撞壁速度。这样一来，为了获得较高的撞壁速度，就要不断提高液滴发生器高度，造成了试验台架体积庞大的问题。此外，由于液滴下落过程中存在空气阻力，所以液滴撞壁速度的提高还存在瓶颈。

为了克服这一问题，获得较高的液滴撞壁速度，文献“Pan,K.,K.Tseng andC.Wang,Breakup of a droplet at high velocity impacting a solidsurface.Experiments in Fluids,2010.48(1):p.143-156.”公开了另一种液滴撞壁的试验装置，文中作者通过气流对液滴的下落过程进行加速，可以使液滴的撞壁速度得到大幅提高。但是在该装置中，液滴撞击固体壁面前并没有从高速气流中完全分离，无法避免气流对撞壁后飞溅形态的影响。因此，通过该装置拍摄到的液滴撞壁飞溅形态无法反映真实现象。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种液滴高速撞壁的试验装置，其能够获得液滴高速撞击固体壁面，且能够方便调节液滴撞壁夹角的发生装置。其旨在设计一个能够对液滴进行加速，并能方便调节撞壁速度、撞壁夹角以及液滴直径，避免加速气流对液滴撞壁飞溅过程产生干扰。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种液滴高速撞壁的试验装置，其特征在于，包括计算机、继电器模块、高速相机、电磁铁、针头、风洞结构、引流风机、波纹管、支撑管段、支撑架、分流罩、聚光灯和散光板，其中，

所述计算机分别连接所述继电器模块和所述高速相机，所述继电器模块与所述电磁铁连接；

所述电磁铁包括螺线管盒体、铁芯和回位弹簧，所述螺线管盒体内的线圈与所述继电器模块连接，所述铁芯竖直设置并且伸入所述螺线管盒体内，所述回位弹簧穿装在所述铁芯上，并且所述回位弹簧的一端安装在所述螺线管盒体上，另一端安装在所述铁芯上，以用于带动所述铁芯回位；

所述针头固定安装在所述铁芯的下端，以用于悬挂液滴；

所述风洞结构位于所述针头的正下方，其竖直安装在固定支架上，并且其上端作为风洞入口，下端作为风洞出口；