[发明专利]一种微米级颗粒与不同表面碰撞的实验系统及实验方法

说明书

一种温湿度可控的微米级颗粒与不同表面碰撞的实验系统及实验方法，属于气固两相流实验装置。该实验系统主要包括微米级颗粒供给单元和设置在实验舱中的撞击单元，微米级颗粒供给单元为撞击单元提供一定速度的载气和微粒混合气。撞击单元包含撞击平台和微粒供给管，在微粒供给管出气口和撞击平台的外壁上设有热电偶。光源、石英玻璃视窗、撞击单元和高速摄像机安装在一条直线上，高速摄像机电连接计算机。该实验装置可获得微米级颗粒与不同表面撞击时的入射速度、反弹速度和临界捕集速度；研究不同温湿度、不同材料和粒径颗粒环境下，微颗粒与不同表面撞击时能量耗散机制；为气固两相流及涉及工业领域中的颗粒碰撞、颗粒沉积提供实验验证。

技术领域

本发明涉及一种温湿度可控的微米级颗粒与不同表面碰撞的实验系统及实验方法，属于气固两相流实验装置技术领域。

背景技术

细颗粒物沉积现象存在于能源、环境工程、化工、微电子和机械工程等众多领域。一方面，细颗粒沉积一般具有负面作用，如锅炉内换热管表面积灰导致传热恶化、透光元件上积灰会造成光通量下降（如太阳能光伏电池由于表面积灰而输出功率降低）、细颗粒在微机电系统内的沉积可能会引起机械故障或造成流动阻塞、大气细颗粒在人体呼吸道/肺泡部位沉积造成疾病等。另一方面，细颗粒沉积可以在实践中加以增强，以能源动力领域为例，通过外加声场、磁场、电场、化学团聚过程（亦称聚集过程）将细颗粒团聚成较大颗粒，从而在传统布袋或静电除尘器内有效沉积并脱除。

上述主要从宏观应用角度涉及多相流中细颗粒的沉积问题，为揭示这些过程背后物理本质，从表征微观尺度颗粒间相互作用的力-位移关系式出发，研究细颗粒间相互作用机理。两个相近粒径细颗粒相互接触的实验相对较难，因此设计实验温度和湿度可控的微米尺度颗粒与不同表面碰撞的实验装置是建立湿颗粒动力学理论必须的实验依据。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种温湿度可控的微米级颗粒与不同表面碰撞的实验系统及实验方法，为揭示多相流中细颗粒的沉积的物理本质，从表征微颗粒间相互作用的力-位移关系式出发，研究细颗粒间相互作用机理。

本发明采用的技术方案是：一种温湿度可控的微米级颗粒与不同表面碰撞的实验系统，它包括一个实验舱、光源、高速摄像机和计算机，所述实验舱包含上盖、实验舱体和下盖，在实验舱体上设有两个相对的石英玻璃视窗；它还包括一个微米级颗粒供给单元和一个设置在实验舱中的撞击单元，所述微米级颗粒供给单元包含载气瓶、两个质量流量计、一个湿颗粒发生器和一个混合器，载气瓶通过两路管道，一路经一个质量流量计、湿颗粒发生器连接混合器，另一路经另一个质量流量计连接混合器，从混合器流出的载气与微米级颗粒混合气经绕有传热带的蛇形管道连接撞击单元；所述撞击单元包含撞击平台和微粒供给管，固定在上盖上的微粒供给管与绕有传热带的蛇形管道连接，在微粒供给管出气口的外壁上设有连接温度控制器的第一热电偶，撞击平台采用下端连接电热棒的圆柱体结构，在撞击平台的外壁上设有连接另一温度控制器的第二热电偶，连接调压器的电热棒位于固定在连接体中的陶瓷管中，连接体与下盖之间采用螺栓连接；所述光源、石英玻璃视窗、撞击单元和高速摄像机安装在一条直线上，高速摄像机电连接计算机。

所述实验舱体的下侧壁上设有开孔。

所述第一热电偶设置在微粒供给管出气口外壁的0.5-1.5mm处，温度控制器控制微粒供给管的出气温度为220-240℃。

所述第二热电偶设置在撞击平台的外壁上0.5-1.5mm处，所述调压器控制电热棒的加热功率，由温度控制器控制撞击平台的温度为190-210℃。

所述撞击平台的圆柱体直径为1.8-2.2mm。

所述的一种温湿度可控的微米级颗粒与不同表面碰撞的实验方法采用如下步骤：

（1）将微量已干燥的煤灰颗粒放入湿颗粒发生器内；

（2）将高速摄像机与计算机连接，更改计算机IP地址；