CN108828001B - 一种单液滴蒸发实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种单液滴蒸发实验装置，该装置包括第一腔体和第二腔体，第一腔体设置在第二腔体的正上方，且通过一个竖直的孔道相连通。第一腔体内设置有液滴产生模块，用于产生具有良好一致性的单液滴，并使单液滴在重力作用下通过孔道向第二腔体滴落；在第二腔体内设置有石英挂丝，石英挂丝设置在孔道的下口的下方、用于悬挂住从第一腔体滴落的单液滴。由于单液滴是从第一腔体中滴落下来的，无需打开任意腔体向其中送入单液滴，因此实现了高压环境下液滴的精准生成和悬挂的问题。且由于无需打开任意腔体，不会对腔体内的温度压力环境造成干扰，从而使单液滴的生成精度得到极大的提高。

Description

一种单液滴蒸发实验装置

技术领域

本发明涉及内燃气技术领域，特别是涉及一种单液滴蒸发实验装置。

背景技术

随着化石能源的日益紧缺以及环境保护的压力，节能减排已经成为各国政府制定环保政策法规的核心理念。在该理念的推动下，发动机领域研究人员先后提出了先进增压技术、高压喷射技术、优化燃烧等先进发动机技术。内燃发动机在应用这些先进发动机技术时，无一例外地会产生更高的缸内温度和缸内压力，而缸内环境的改变则会改变燃油蒸发及油气混合过程，因此有必要对缸内高温高压复杂环境下的燃油蒸发过程开展研究。

本申请的发明人通过研究发现，对于喷雾燃烧发动机，缸内燃油的蒸发过程实际上是多个离散液滴的蒸发过程，基于此，对缸内燃油的蒸发过程可以简化为对单液滴的雾化蒸发进行研究，即以单一液滴为研究对象实现对燃油蒸发过程的研究。

目前的单液滴蒸发实验装置主要以挂滴法产生单液滴，在进行实验时，需要实验人员利用微量注射器人工生成液滴并完成液滴悬挂，悬挂完成后再将悬挂的液滴送入高温环境中。然而，如果在高压环境下就无法采用人工生成和悬挂液滴的方式，从而无法实施在高压环境下的单液滴蒸发的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单液滴蒸发实验装置，用于解决目前高温高压环境下单液滴生成和悬挂困难的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种单液滴蒸发实验装置，包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体设置在所述第二腔体的正上方，且通过一个竖直的孔道相连通，其中：

所述第一腔体内设置有液滴产生模块，用于产生单液滴，并使所述单液滴在重力作用下通过所述孔道向第二腔体滴落；

在所述第二腔体内设置有石英挂丝，所述石英挂丝设置在所述孔道的下口的下方、用于悬挂住从第一腔体滴落的所述单液滴。

可选的，用于为所述液滴产生模块供油的油瓶设置在所述第一腔体的内部。

可选的，所述第一腔体内和所述第二腔体内均保持预设压力；

所述第一腔体内保持第一温度，所述第二腔体内保持第二温度，所述第二温度远高于所述第一温度。

可选的，所述第二腔体内设置有电加热模块，所述电加热模块用于使所述第二腔体内保持所述第二温度。

可选的，所述第二腔体的外壁上设置有阀门，其中：

所述阀门连接有用于为所述第二腔体内供压的高压气瓶。

可选的，用于连接所述第一腔体与所述第二腔体的连接法兰内部设置有空腔，空腔内容纳有冷却水。

可选的，还包括冷却水循环模块，所述连接法兰上设置有用于使所述空腔与外部连通的进水口和出水口，所述冷却水循环模块的冷却水出口与所述进水口相连通、冷却水进口与所述出水口相连通。

可选的，所述第二腔体的侧壁上、正对所述石英挂丝的位置设定有透明窗体。

可选的，所述第一腔体内设置有多自由度位移台，所述液滴产生模块设置在所述多自由度位移台上；所述多自由度位移台用于带动所述液滴产生模块相对于所述孔道进行移动。

可选的，所述液滴产生模块包括与油瓶相连通的空腔、位于所述空腔下方且与所述空腔相连通的滴管，所述滴管的下端设置有预设直径的管口，所述空腔的上部设置有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片用于在输入的方波的控制下对所述空腔进行挤压，以使空腔内的液体从所述管口排出形成所述单液滴。

从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种单液滴蒸发实验装置，该装置包括第一腔体和第二腔体，第一腔体设置在第二腔体的正上方，且通过一个竖直的孔道相连通。第一腔体内设置有液滴产生模块，用于产生单液滴，并使单液滴在重力作用下通过孔道向第二腔体滴落；在第二腔体内设置有石英挂丝，石英挂丝设置在孔道的下口的下方、用于悬挂住从第一腔体滴落的单液滴。由于单液滴是从第一腔体中滴落下来的，无需打开第二腔体向其中送入单液滴，因此不会对两个腔体的高压环境造成影响，从而能够解决高压环境下单液滴生成和悬挂困难的问题。

。并且，由于无需打开任意一个腔体，因此不会对任意腔体内的温度和压力环境造成影响，从而提高了实验精度，具体来说是能够极大提高单液滴生成的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种单液滴蒸发实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液滴产生模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种单液滴蒸发实验装置的结构示意图。

参照图1所示，本实施例提供的单液滴蒸发实验装置用于对燃料的单液滴的蒸发情况进行研究，用于在预设压力和预设温度环境下获得稳定可控的单液滴。

本发明的单液滴蒸发实验装置包括竖直安装的两个对外界密闭的腔体，分别为第一腔体10和第二腔体20，第一腔体设置在第二腔体的正上方，两个腔体通过一个竖直的孔道30相连通，该孔道可以由第一腔体的一部分构成，或者由第二腔体的一部分构成。

由于第一腔体与第二腔体通过孔道相连通，因此构成一个等压的整体，即第一腔体内的气压与第二腔体内的气压相同，并能够在相应设备的操作下实现不同的压力等级，即保持用户所需的预设压力。

且，由于两个腔体之间的孔道的直径较小，因此可以使两个腔体保持不同的温度，例如，可以使第一腔体内保持第一温度，使第二腔体内保持第二温度。由于第一腔体内用于产生单液滴，且需保证此时的单液滴避免蒸发，因此第一腔体内需要保持较低温度，为便于操作，该第一腔体的第一温度可以保持常温，即环境温度即可。

第二腔体内需要进行蒸发试验，使进入其中的单液滴进行蒸发，因此第二腔体需保持较高温度，即满足其实现蒸发的温度，因此，第二腔体的第二温度是一个较高的温度，起码比第一温度高，或者说远高于第一温度。

为了使第二腔体内的温度达到使单液滴进行蒸发所需的第二温度，在第二腔体内设置有相应的电加热模块，电加热模块具体包括设置在第二腔体内的多个电加热棒40，第二腔体外则设置有用于为电加热棒供电并实现温控的温控仪(未示出)。温控仪利用热电偶对第二腔体内的温度进行采集，并根据采集到的温度值对电加热棒进行控制。

第一腔体内设置有用于产生单液滴的液滴产生模块50，单液滴产生后从该模块滴落，并在重力作用下从孔道中向下滴落穿过该孔道。在第二腔体内设置有

形石英挂丝60，当然也可以有其他的形状。该石英挂丝设置在孔道的下口的下方，其中心部位与孔道的中心部位相对应，以便将从孔道中滴落的单液滴承接住，并使单液滴悬挂于该石英挂丝的中心部位。

单液滴在位于第二腔体内的石英挂丝上受热力作用而蒸发，通过摄像设备对该蒸发过程进行拍摄，利用拍摄得到的影像就可以对单液滴的蒸发过程实现研究。为了对该蒸发过程进行拍摄，可以在第二腔体的侧壁上、且正对该石英挂丝的位置设置相应的透明窗体21，以便摄影设备能够透过该透明窗体对单液滴的蒸发过程进行拍摄。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种单液滴蒸发实验装置，该装置包括第一腔体和第二腔体，第一腔体设置在第二腔体的正上方，且通过一个竖直的孔道相连通。第一腔体内设置有液滴产生模块，用于产生单液滴，并使单液滴在重力作用下通过孔道向第二腔体滴落；在第二腔体内设置有石英挂丝，石英挂丝设置在孔道的下口的下方、用于悬挂住从第一腔体滴落的单液滴。由于单液滴是从第一腔体中滴落下来的，无需打开第二腔体向其中送入单液滴，因此不会对两个腔体的高压环境造成影响，从而能够解决高压环境下单液滴生成和悬挂困难的问题。

并且，由于无需打开任意一个腔体，因此不会对任意腔体内的温度和压力环境造成影响，从而提高了实验精度，具体来说是能够极大提高单液滴生成的精度。为了使该独立环境能够保持用户进行实验所需的高压，在第二腔体的外壁上设置有第一阀门(未示出)，该第一阀门连接有用于为第二腔体或者说该独立环境进行供气的高压气瓶。另外，在该第二腔体的外壁上还可以设置用于放气的第二阀门(未示出)。

在本实施例的一个具体实施例中，为了保证第一腔体的密封性，且避免需要通过增压方式向第一腔体内的液滴产生模块供油，在第一腔体内除设置有液滴产生模块外，同时还设置有用于向该液滴产生模块供油的油瓶11，油瓶与该模块通过导管相连通。

通过将油瓶与液滴产生模块设置与同一压力环境下，保证了入口和出口的环境压力的始终一致，单液滴的产生不受外界环境压力的影响，从而保证了单液滴的一致性。

如图2所示，液滴产生模块包括与该油瓶连通的空腔51，该空腔的下方连接有滴管52，所述滴管的下端为预设直径的管口53，空腔的上部设置有压电陶瓷片54。压电陶瓷片连接有信号输出设备(未示出)，该信号输出设备用于根据实验需要输出方波信号，压电陶瓷片在输入的方波信号的控制下对空腔进行挤压，从而使空腔内的液体从管口排出形成单液滴。

根据不同的需要，我们也可以更换不同规格的管口，从而使所滴落的单液滴的尺寸符合实验要求。即本申请的液滴产生模块的管口是一个可更换的部件。

第一腔体和第二腔体通过连接法兰70连接，在连接法兰内部设置有空腔71。从前面的描述可以看出，第一腔体的工作温度接近常温，而第二腔体内的温度则远高于第一腔体内的温度。鉴于两个腔体是紧密相连接构成一个整体，因此第二腔体内的高温会不可避免地对第一腔体内造成影响，从而导致第一腔体内的第一温度升高。

为了将第一温度的温升进行尽可能地控制，即尽量降低第二腔体内的温度对第一腔体内的温度的影响，我们可以在连接法兰的空腔内通入冷却液，冷却液选择冷水即可。

另外，本装置还包括用于对冷却水进行循环的冷却水循环模块80，该冷却水循环模块的冷却水出口与连接法兰的空腔的进水口通过相应管路相连通，该模块的冷却水进口则与该空腔的出水口通过相应管路相连通，在模块开动后冷却水即可在连接法兰的外部与内部进行循环。

在本申请又一个具体实施方式中，第一空腔内还设置有用于固定该液滴产生模块的多自由度位移台90，该多自由度位移台能够在用户的操作下带动液滴产生模块相对于孔道进行移动。由于产生的单液滴的尺寸非常小，通过移动液滴产生装置可以使其与石英挂丝的相对位置得到调节，从而实现精准悬挂。

具体来说，该多自由度位移台可以为二自由度位移台，即能够带动液滴产生模块在平面内沿x轴和y轴运动；或者为三自由度位移台，除带动该液滴产生模块在平面内运动外，还可以沿相对于该平面的z轴做垂直运动，从而可以调节液滴产生模块相对于该孔道的距离。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种单液滴蒸发实验装置，其特征在于，包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体设置在所述第二腔体的正上方，且通过一个竖直的孔道相连通，其中：

所述第一腔体内设置有液滴产生模块，用于产生单液滴，并使所述单液滴在重力作用下通过所述孔道向第二腔体滴落；

在所述第二腔体内设置有石英挂丝，所述石英挂丝设置在所述孔道的下口的下方、用于悬挂住从第一腔体滴落的所述单液滴；

其中，所述第一腔体内保持第一温度，所述第二腔体内保持第二温度，所述第二温度远高于所述第一温度，所述第一腔体内和所述第二腔体内均保持预设压力；

用于连接所述第一腔体与所述第二腔体的连接法兰内部设置有空腔，空腔内容纳有冷却水；

所述第一腔体内设置有多自由度位移台，所述液滴产生模块设置在所述多自由度位移台上；所述多自由度位移台用于带动所述液滴产生模块相对于所述孔道进行移动，所述第二腔体内设置有电加热模块，所述电加热模块用于使所述第二腔体内保持所述第二温度。

2.如权利要求1所述的单液滴蒸发实验装置，其特征在于，用于为所述液滴产生模块供油的油瓶设置在所述第一腔体的内部。

3.如权利要求1所述的单液滴蒸发实验装置，其特征在于，所述第二腔体的外壁上设置有阀门，其中：

所述阀门连接有用于为所述第二腔体内供压的高压气瓶。

4.如权利要求1所述的单液滴蒸发实验装置，其特征在于，还包括冷却水循环模块，所述连接法兰上设置有用于使所述空腔与外部连通的进水口和出水口，所述冷却水循环模块的冷却水出口与所述进水口相连通、冷却水进口与所述出水口相连通。

5.如权利要求1所述的单液滴蒸发实验装置，其特征在于，所述第二腔体的侧壁上、正对所述石英挂丝的位置设定有透明窗体。

6.如权利要求1所述的单液滴蒸发实验装置，其特征在于，所述液滴产生模块包括与油瓶相连通的空腔、位于所述空腔下方且与所述空腔相连通的滴管，所述滴管的下端设置有预设直径的管口，所述空腔的上部设置有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片用于在输入的方波的控制下对所述空腔进行挤压，以使空腔内的液体从所述管口排出形成所述单液滴。

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