CN106370410B - 一种液膜发生装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液膜发生装置及其使用方法，该装置包括：下水箱、溢流管、泵、净化器、上水箱、电磁阀、流量计、微型定量蠕动泵、缓冲箱、液膜刷、刮刀、设备平台、液膜槽、液压支架、步进电机和直线导轨平台。本发明利用微型定量蠕动泵采用等体积法将液体以一定速率均匀平铺到液膜槽内，通过步进电机带动丝杠运转牵引液压支架恒速水平运动，液压支架上载有液膜刷和刮刀，通过液膜刷在液膜槽中水平运动来平铺形成液膜，附着在液膜刷后面的刮刀将形成的液膜刮平，本装置具有操作简单、使用方便、对液膜厚度可调且精确控制，适用于诸如液滴撞击液膜水花形成机理研究、喷淋杀菌冷却隧道的研究等领域。

Description

一种液膜发生装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种液膜发生装置及其使用方法。

背景技术

液膜是悬浮在液体中的一层极薄的膜，这层膜是分隔液—液（气—气、气—液）两相的中介相，它是两相之间进行物质传递的“桥梁”。液膜流动广泛存在于自然界中，液膜传热冷却作为一种高效传热传质技术被应用于很多领域，例如，喷雾冷却、热喷涂等。

液滴撞击固体壁面和附着在固体表面的液膜是工业中常见的现象，液滴碰撞流动液膜产生飞溅液滴的情况广泛存在于喷淋冷却、喷墨打印等技术领域中。对液滴撞击液膜的研究主要集中于对液滴撞击平面液膜的研究，流动液膜的厚度、流速以及液膜倾斜角对液滴碰撞问题具有重要的影响

目前，已有的液膜发生装置结构较为复杂，液膜产生方法及原理不尽相同。较为广泛使用的是采用溢流方法产生厚度可调的液膜，但溢流法产生的液膜普遍存在厚度控制不精确的缺点。

发明内容

本发明目的在于：液滴碰撞液膜产生一系列的自由液面动力学运动，为了探索液滴碰撞液膜产生飞溅液滴的情况，研究液膜厚度对液滴碰撞表面产生不同碰撞特性时的主要影响因素。本发明提供了一种液膜发生装置及其使用方法，可产生不同液体属性、不同厚度的液膜。

为实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

一种液膜发生装置包括下水箱、溢流管、泵、净化器、上水箱、电磁阀、流量计、微型定量蠕动泵、缓冲箱、液膜刷、刮刀、设备平台、液膜槽、液压支架、步进电机、直线导轨平台，所述泵一端与下水箱相连，另一端与净化器相连，将下水箱中的液体介质经过净化器注入到上水箱中，所述溢流管一端接在上水箱的上部，另一端接入下水箱的上端，所述微型定量蠕动泵进口与流量计连接，出口接入到缓冲箱，将上水箱中的液体介质经过电磁阀和流量计注入缓冲箱，所述排气阀设置在缓冲箱的上端面，所述液膜刷连接在缓冲箱底部，与缓冲箱同宽，所述刮刀与缓冲箱同宽并与其连接在一起，刮刀上端与缓冲箱上端齐平，刮刀刀口与液膜刷最下端齐平，刮刀在液膜槽中水平运动将形成的液膜刮平，保证液膜厚度均匀；所述液膜槽和液压支架都固定在设备平台上并在平台上移动；直线导轨平台与步进电机连接，固定安装于设备平台上。

上述设备平台主视图呈U型凹槽状，分左右两侧，两侧设备平台的上端面都开有限位槽，限制液压支架的移动位置，平台两侧内部开设有轮槽，用以液压支架下端滚轮的滚动。平台两端有连接左右侧平台的两块底板，用来固定和承载直线导轨平台。

上述液压支架包括液压杆、油缸、滚轮以及肋板，液压支架安装在设备平台上两侧的限位槽内，由肋板连接。液压杆与刮刀和液膜刷连接，液压杆的运动行程L＝20mm，油缸下端与呈45°排列的三个滚轮连接。油缸控制液压杆在垂直方向运动。

上述直线导轨平台包括丝杠、光杠以及丝杠支撑座，光杠和丝杠均穿过连接两侧液压支架的肋板，同时穿过两端布置的丝杠支撑座，丝杠与连接两侧液压支架的肋板螺纹连接，由步进电机传动牵引液压支架运动，带动液膜刷在液膜槽内平铺产生液膜。

上述缓冲箱形状为倒三角，缓冲箱的宽度与液膜生成的宽度相同，由透明有机玻璃制成。

上述液膜刷连接在缓冲箱底部，与缓冲箱同宽，液膜刷的材料为软性橡胶，中间密集布置了软毛细管，软毛细管由纯聚氨酯制成，外径1mm，内径0.3mm，毛细管可以为单排布置、双排布置或多排布置。

上述刮刀由硬质疏水塑料制成，与缓冲箱同宽并与其连接在一起，刮刀上端与缓冲箱上端齐平，刮刀刀口与液膜刷最下端齐平。

上述液膜槽由透明有机玻璃制成，固定在设备平台上。液膜槽尺寸为20cm*20cm*20mm，四周内壁面上有0-20mm刻度，用于测量液膜厚度。

一种液膜发生装置使用方法，利用上述的***，步骤如下：

（a）装置开始使用前，开启泵从下水箱注水到上水箱中，打开缓冲箱上的排气阀排尽装置内的空气，保证整个装置在运行前注满水；

（b）调节液压支架，使液膜刷及刮刀下移到液膜厚度目标刻度位置；

（c）启动微型定量蠕动泵，控制液体介质以恒定流量（q=2vd，单位为m³/s ，d为液膜厚度目标值）从液膜刷中流出，同时启动步进电机，带动丝杠运转牵引支架以恒速v水平在轮槽内运动；

（d）液膜刷在液膜槽中水平运动以平铺液膜，附着在液膜刷后面的刮刀将形成的液膜刮平；

（e）调节液压支架，将液膜刷及刮刀移出液膜槽；

（f）待液膜平稳后，人工肉眼读取液膜槽四个内壁面上的刻度读数，再求其平均值，即为形成的液膜厚度。

附图说明

图1 是液膜发生装置***图；

图2是液膜生成台结构示意图；

图3是液膜生成台运动装置结构示意图；

图4是液膜槽结构示意图；

图5是缓冲箱、液膜刷及刮刀结构示意图；

图 6是液膜刷结构局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、图2所示，一种液膜发生装置，包括下水箱1、溢流管2、泵3、净化器4、上水箱5、电磁阀6、流量计7、微型定量蠕动泵8、缓冲箱9、排气阀10、液膜刷11、刮刀12、设备平台13、液膜槽14、液压支架15、步进电机16、直线导轨平台17；泵3一端与下水箱1相连，另一端与净化器4相连，将下水箱1中的液体介质经过净化器4注入到上水箱5中；溢流管2一端接在上水箱5的上部，另一端接入下水箱1的上端；电磁阀6控制上水箱5中的出水；微型定量蠕动泵8进口与流量计7连接，出口接入到缓冲箱9，将上水箱5中的液体介质经过电磁阀6和流量计7注入缓冲箱9；排气阀10设置在缓冲箱9的上端面，液膜刷11连接在缓冲箱9底部，与缓冲箱9同宽，刮刀12与缓冲箱9同宽并与其连接在一起，刮刀12上端与缓冲箱9上端齐平，刮刀12刀口与液膜刷11最下端齐平，刮刀12在液膜槽14中水平运动将形成的液膜刮平，保证液膜厚度均匀；液膜槽14和液压支架15都固定在设备平台13上并在平台上移动；直线导轨平台17与步进电机16连接，固定安装于设备平台13上。

如图2所示，设备平台13主视图呈U型凹槽状，分左右两侧，两侧设备平台13的上端面都开有限位槽13-1，限制液压支架15的移动位置，平台两侧内部开设有轮槽13-2，用以液压支架下端滚轮15-3的滚动；平台两端有连接左右侧平台的两块底板13-3，用来固定和承载直线导轨平台17。

如图2、图3、图5所示，液压支架15包括液压杆15-1、油缸15-2、滚轮15-3以及肋板15-4，液压支架15安装在设备平台13上两侧的限位槽13-1内，由肋板15-4连接；液压杆15-1与液膜刷11和刮刀12连接，液压杆15-1的运动行程L＝20mm。油缸15-2下端与呈45°排列的三个滚轮15-3连接；油缸15-2控制液压杆15-1在垂直方向运动，运动行程L＝20mm。

如图3所示，直线导轨平台17包括丝杠17-1、光杠17-2以及丝杠支撑座17-3，固定在设备平台的底板13-3上，光杠17-2和丝杠17-1均穿过连接两侧液压支架的肋板15-4，同时穿过两端布置的丝杠支撑座17-3，丝杠17-1与连接两侧液压支架的肋板15-4螺纹连接，由步进电机16传动牵引液压支架15运动，带动液膜刷11在液膜槽14内平铺产生液膜。

如图5所示，缓冲箱9形状为倒三角，液膜刷11的材料为软性橡胶，中间密集布置了由纯聚氨酯制成的软毛细管11-1，软毛细管11-1外径1mm，内径0.3mm，为单排布置、双排布置或多排布置。刮刀12由硬质疏水塑料制成。与缓冲箱9同宽并与其连接在一起，刮刀12上端与缓冲箱9上端齐平，刮刀12刀口与液膜刷11最下端齐平，刮刀12在液膜槽14中水平运动将形成的液膜刮平，保证液膜厚度均匀。

如图4所示，液膜槽14由透明有机玻璃制成，固定在设备平台13上。液膜槽14尺寸为20cm*20cm*20mm，四周内壁面上有0-20mm刻度，用于测量液膜厚度。

一种液膜发生装置的使用方法，利用上述的***，步骤如下：

a、装置开始使用前，开启泵3从下水箱1注水到上水箱5中，打开缓冲箱9上的排气阀10排尽装置内的空气，保证整个装置在运行前注满水；

b、调节液压支架15，使液膜刷11及刮刀12下移到液膜厚度目标刻度位置；

c、启动微型定量蠕动泵8，控制液体介质以恒定流量从液膜刷中流出，同时启动步进电机16，带动丝杠17-1运转牵引支架以恒速v水平在轮槽内运动；液体介质的流量计算公式如下：

q=2vd，单位为m³/s ，d为液膜厚度目标值；

d、液膜刷11在液膜槽14中水平运动以平铺液膜，附着在液膜刷11后面的刮刀12将形成的液膜刮平；

e、调节液压支架15，将液膜刷11及刮刀12移出液膜槽14；

f、待液膜平稳后，人工肉眼读取液膜槽14四个内壁面上的刻度读数，再求其平均值，即为形成的液膜厚度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种液膜发生装置，其特征在于：包括下水箱（1）、溢流管（2）、泵（3）、净化器（4）、上水箱（5）、电磁阀（6）、流量计（7）、微型定量蠕动泵（8）、缓冲箱（9）、排气阀（10）、液膜刷（11）、刮刀（12）、设备平台（13）、液膜槽（14）、液压支架（15）、步进电机（16）、直线导轨平台（17）；所述泵（3）一端与下水箱（1）相连，另一端与净化器（4）相连，将下水箱（1）中的液体介质经过净化器（4）注入到上水箱（5）中；所述溢流管（2）一端接在上水箱（5）的上部，另一端接入下水箱（1）的上端；所述电磁阀（6）控制上水箱（5）中的出水；所述微型定量蠕动泵（8）进口与流量计（7）连接，出口接入到缓冲箱（9），将上水箱（5）中的液体介质经过电磁阀（6）和流量计（7）注入缓冲箱（9）；所述排气阀（10）设置在缓冲箱（9）的上端面，所述液膜刷（11）连接在缓冲箱（9）底部，与缓冲箱（9）同宽，所述刮刀（12）与缓冲箱（9）同宽并与其连接在一起，刮刀（12）上端与缓冲箱（9）上端齐平，刮刀（12）刀口与液膜刷（11）最下端齐平，刮刀（12）在液膜槽（14）中水平运动将形成的液膜刮平，保证液膜厚度均匀；所述液膜槽（14）和液压支架（15）都固定在设备平台（13）上并在平台上移动；所述直线导轨平台（17）与步进电机（16）连接，固定安装于设备平台（13）上；

所述设备平台（13）主视图呈U型凹槽状，分左右两侧，两侧设备平台（13）的上端面都开有限位槽（13-1），限制液压支架（15）的移动位置，平台两侧内部开设有轮槽（13-2），用以液压支架下端滚轮（15-3）的滚动；平台两端有连接左右侧平台的两块底板（13-3），用来固定和承载直线导轨平台（17）。

2.根据权利要求1所述的一种液膜发生装置，其特征在于：所述液压支架（15）包括液压杆（15-1）、油缸（15-2）、滚轮（15-3）以及肋板（15-4），所述液压支架（15）安装在设备平台（13）上两侧的限位槽（13-1）内，由肋板（15-4）连接；所述液压杆（15-1）与液膜刷（11）和刮刀（12）连接，油缸（15-2）下端与呈45°排列的三个滚轮（15-3）连接；油缸（15-2）控制液压杆（15-1）在垂直方向运动。

3.根据权利要求1所述的一种液膜发生装置，其特征在于：所述直线导轨平台（17）包括丝杠（17-1）、光杠（17-2）以及丝杠支撑座（17-3），固定在设备平台的底板（13-3）上，光杠（17-2）和丝杠（17-1）均穿过连接两侧液压支架的肋板（15-4），同时穿过两端布置的丝杠支撑座（17-3），丝杠（17-1）与连接两侧液压支架的肋板（15-4）螺纹连接，由步进电机（16）传动牵引液压支架（15）运动，带动液膜刷（11）在液膜槽（14）内平铺产生液膜。

4.根据权利要求1所述的一种液膜发生装置，其特征在于：所述缓冲箱（9）形状为倒三角。

5.根据权利要求1所述的一种液膜发生装置，其特征在于：所述液膜刷（11）的材料为软性橡胶，中间密集布置了由纯聚氨酯制成的软毛细管（11-1），软毛细管（11-1）外径1mm，内径0.3mm，为单排布置、双排布置或多排布置。

6.根据权利要求1所述的一种液膜发生装置，其特征在于：所述刮刀（12）由硬质疏水塑料制成。

7.一种液膜发生装置的使用方法，其特征在于利用权利要求1所述的液膜发生装置，步骤如下：

（a）、装置开始使用前，开启泵（3）从下水箱（1）注水到上水箱（5）中，打开缓冲箱（9）上的排气阀（10）排尽装置内的空气，保证整个装置在运行前注满水；

（b）、调节液压支架（15），使液膜刷（11）及刮刀（12）下移到液膜厚度目标刻度位置；

（c）、启动微型定量蠕动泵（8），控制液体介质以恒定流量从液膜刷中流出，同时启动步进电机（16），带动丝杠（17-1）运转牵引支架以恒速v水平在轮槽内运动；液体介质的流量计算公式如下：

q=2vd，单位为m³/s ，d为液膜厚度目标值；

（d）、液膜刷（11）在液膜槽（14）中水平运动以平铺液膜，附着在液膜刷（11）后面的刮刀（12）将形成的液膜刮平；

（e）、调节液压支架（15），将液膜刷（11）及刮刀（12）移出液膜槽（14）；

（f）、待液膜平稳后，人工肉眼读取液膜槽（14）四个内壁面上的刻度读数，再求其平均值，即为形成的液膜厚度。