[发明专利]纳米级固体粉末制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米级固体粉末的制备装置，利用该装置制备的固体粉末颗粒可作为高超声速粒子图像测速实验的示踪粒子，属于航空航天实验技术领域。

背景技术

风洞实验中的流动显示和流动测量技术性能的优劣直接影响到实验现象的观测和实验数据的获取，粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，以下简称PIV)作为一种非接触式的全场测量技术，将流动显示和流动测量技术相结合，其基本工作过程是：在被测流场中均匀播撒特定浓度的示踪粒子，用脉冲激光器和片光源生成的片光照明流场，使用相机拍摄两次或多次曝光的流场图像，采用互相关法计算每个判读区内粒子群的统计平均位移，再根据激光器曝光时间间隔计算流场的二维速度。

对于PIV技术而言，被研究的流体中示踪粒子的存在是必不可少的，这是因为示踪粒子会跟随流场一起运动，其运动情况能够反映出真实的流场信息。影响示踪粒子跟随性的主要参数是粒子的直径和密度，由于在粒子对流场的响应时间表达式中，密度为一次因子而直径为二次因子，因此获得低至微米量级甚至纳米量级的示踪粒子是粒子制备过程中的重点，同时也是难点。

现阶段风洞实验中常用的示踪粒子有两类，一类是油雾示踪粒子，多采用将粘性较大脂类液体雾化成微小液滴的方法获得。这类粒子由于密度较低，直径较小，在低速和亚跨声速实验条件下跟随性较好，但对于高超声速风洞实验，其微米量级的粒径相对较大，经常在喷管喉道处附着到风洞壁面，对风洞造成污染，并且在强剪切气流、通过激波时其跟随性差，导致其在高超声速风洞实验中的使用受到限制。

另一类是纳米固体粉末示踪粒子，为通过化学合成法和液相合成法生成的氧化物粉末颗粒，其原生粒径在十几到几十纳米的范围内，跟随性极好，适合于高超声速风洞实验。但是由于纳米固体粉末比表面能较大，极性较强，很容易团聚，难以分散，团聚后的固体粉末微团直径在微米量级，还有可能更大。如果采用普通流化床法不经过粉碎过程将团聚后的固体粉末微团直接向风洞中播撒，由于微团直径过高，会导致固体粉末微团的惯性较大和跟随性较差，引起一系列问题。比如，固体粉末微团无法进入边界层，在强剪切气流中存在滑移，在穿越激波结构时存在滞后现象而抹平激波结构，PIV测量结果将产生不可避免的误差等。因此如何通过一定方法使团聚后固体粉末微团足够粉碎并注入到实验段中，是纳米固体粉末示踪粒子应用到高超声速风洞PIV实验中的关键。

发明内容

本发明提出纳米级固体粉末的制备装置，该装置可以对由原生纳米固体粉末颗粒团聚形成的固体粉末微团(以下称固体粉末)进行冲击和粉碎，得到纳米级固体粉末示踪粒子。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的纳米级固体粉末制备装置，包括固体粉末与气流混合及初步冲击装置和气流粉碎及漩涡分离筛选装置；

固体粉末与气流混合及初步冲击装置包括圆柱罐体、圆盘顶盖、入口管道A和出口管道，入口管道A的末端带有喷嘴；

入口管道A的入口处有调压阀，用于调节进入到圆柱罐体内的气流压力；圆柱罐体内的底层装有待粉碎的固体粉末；入口管道A穿过圆盘顶盖后其上的喷嘴进入到待粉碎的固体粉末中；出口管道的气流入口部位位于待粉碎的固体粉末的上方，出口管道穿过圆盘顶盖，出口管道的出口位于圆盘顶盖的上方；

在出口管道上位于其出口部位和圆盘顶盖之间的部位可以安装冲击装置，冲击装置包括外套和内芯；外套为中空圆柱体，内芯为带有底面的中空圆柱体，其中空部分为中心通道；外套的内表面和内芯的外表面之间有缝隙，在内芯的底面上有入口；外套和内芯通过上螺纹固定连接；气流与固体粉末混合物流经冲击装置时会与内芯的底面外表面发生撞击，然后气流与固体粉末混合物沿缝隙流动，通过入口进入到中心通道，从中心通道流出冲击装置，最后从出口管道的出口流出；出口管道与外套通过下螺纹固定连接；

圆柱罐体和圆盘顶盖通过螺栓固定连接，并用O型铜圈进行密封；四个入口管道A和三个出口管道分布在圆盘顶盖上；圆盘顶盖上设置有压力表接口；