[发明专利]一种射流破碎的控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种射流破碎的控制方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：获取射流破碎的目标频率，并根据目标频率确定脉冲激光的加热频率；根据加热频率控制脉冲激光投射到射流喷口外的液体射流上，使液体射流按照目标频率发生破碎，得到多个液滴。该方法可以对射流温度分布直接调控，从而达到对射流破碎频率的高精度、高效率、非接触式控制。

技术领域

本发明涉及液体射流技术领域，特别涉及一种射流破碎的控制方法及装置。

背景技术

液体射流通常是不稳定的并且会破碎成液滴。正是基于此不稳定性，液体射流的破碎被广泛地应用在射流喷涂及清洗、喷墨打印、燃油喷雾控制、医药制造等各种领域。射流破碎问题的定量研究可追溯到19世纪，并直接促使Rayleigh开创了线性稳定性分析这一重要工具。长期以来的理论分析、数值模拟以及实验观测表明射流破碎是射流表面的初始扰动波发展导致。由于初始扰动包含广泛的频率(或波数)，最终的破碎是这些扰动频率之间相互竞争的结果，除非极小的射流雷诺数(一个用来表征射流强弱的无量纲参数，定义为射流速度与射流直径的乘积除以流体粘性系数)，否则射流破碎都会出现粒径大小不一的液滴。一个常见的例子是射流雾化，所产生的液滴直径分布相当广泛，存在很多不希望出现的较大液滴。

为了控制射流的破碎以及破碎后液滴的粒径大小，人们提出了采用机械振动的方法将一定频率的外加扰动添加到射流上，人为提高这一频率的初始扰动，使之主导射流破碎，从而产生大小一致的液滴。通常而言，振动频率越高，破碎后液滴直径越小。虽然这种机械振动方法已经得到了商业化，但这种机械振动的控制方法存在着一些局限：首先受制于材料强度，机械振动的频率上限通常仅有数百赫兹，这也就决定了利用这种方法控制液滴大小的范围受到很大限制；其次，这种方法需要至少将整个喷嘴部分一起振动，这会给装置的安全及稳定运行带来困难。

近些年，一种利用电脉冲对喷嘴进行断续加热以实现对射流破碎控制的方法被提了出来。这种方法是利用电脉冲加热喷嘴，当射流通过喷嘴时也被断续加热，这样运动射流表面产生间隔式的温度高低分布，而温度的间隔式高低分布会促使液体表面张力的间隔式高低分布，从而诱发出射流上的Marangoni流动。具体来说，这种Marangoni流动是指在射流整体运动的同时，射流中低表面张力区域的流体会流向射流中高表面张力的区域，导致高表面张力区域膨胀而低表面张力区域则会相应地收缩，从而促使射流破碎与液滴的形成。美国柯达公司的Furlani对此种温控方法进行了线性不稳定性分析并利用MEMS等电加热手段进行了实验。但这种电加热方法是间接的接触式加热，通过对喷嘴加热来实现当射流经过时接触到喷嘴内壁而被加热。这种方式不可避免地遇到热延迟、热惯性、以及热扩散等一系列问题。这些问题都会影响到对射流温度间隔分布的构造效果并进一步影响对射流破碎的控制效果，尤其是当需要较高调制频率时。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种射流破碎的控制方法。

本发明的另一个目的在于提出一种射流破碎的控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面提出了射流破碎的控制方法，包括以下步骤：获取射流破碎的目标频率，并根据所述目标频率确定脉冲激光的加热频率；根据所述加热频率控制所述脉冲激光投射到射流喷口外的液体射流上，使所述液体射流按照所述目标频率发生破碎，得到多个液滴。

本发明实施例的射流破碎的控制方法，可以对射流温度分布直接调控，并使射流表面的温度高低分布更为明显，从而达到对射流破碎频率的高精度、高效率、非接触式控制，同时，利用激光加热控制方法具有很高的控制频率上限，仅受激光器脉冲频率的限制。

另外，根据本发明上述实施例的射流破碎的控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：接收调节指令；根据所述调节指令调节所述加热频率。