一種周圍剪切氣流式液橋生成器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于流體物理學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種周圍剪切氣流式液橋生成器， 該液橋生成器主要用于研究周圍剪切氣流和液橋體積比對液橋界面形狀的影響。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有工程實踐中，通常采用浮區(qū)法晶體生長技術(shù)制備高質(zhì)量晶體，用于模擬浮區(qū) 法晶體生長過程的物理模型稱為液橋。工程實踐與理論研究表明：周圍剪切氣流以及液橋 體積比是影響液橋界面形狀的重要因素。因此，研究周圍剪切氣流和液橋體積比對液橋界 面的影響規(guī)律對控制晶體生長和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。
[0003] 然而，針對剪切氣流和液橋體積比所進行的實驗研究還處于起步階段，國內(nèi)外針 對這方面的文獻非常少，少有的實驗研究也因其液橋生成設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一等缺點 而不能廣泛推廣。
[0004] 因此，為滿足當(dāng)前實驗需求，亟需一種結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全的新型液橋生成器，能 夠產(chǎn)生不同大小和不同方向的剪切氣流，并且可任意調(diào)節(jié)體積比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種周圍剪切氣流式液橋生成器。該液橋 生成器通過上、下均勻送氣套管可以在液橋周圍產(chǎn)生不同大小和不同方向的剪切氣流；并 且通過調(diào)節(jié)上橋柱的高度，可產(chǎn)生不同的體積比。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種周圍剪切氣流式液橋生成器， 包括支架，在支架的上部具有上橋柱安裝孔，下部具有下橋柱安裝孔；在上橋柱安裝孔內(nèi)垂 直安裝有上橋柱，在下橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝有下橋柱，在上橋柱安裝孔側(cè)方的支架上設(shè) 置有上橋柱的緊固螺釘；在所述上橋柱與下橋柱之間設(shè)置有觀察套管，上橋柱和下橋柱的 出氣端均設(shè)置在觀察套管內(nèi)；所述上橋柱由上均勻送氣套管和上盤組成，上均勻送氣套管 同軸套裝在上盤外部；所述下橋柱由下均勻送氣套管和下盤組成，下均勻送氣套管同軸套 裝在下盤外部。
[0007] 在所述上均勻送氣套管和下均勻送氣套管的出氣端分別均勻設(shè)置有四個突起。
[0008] 在所述下均勻送氣套管外套裝有卡環(huán)，下橋柱通過所述卡環(huán)安裝在支架的下橋柱 安裝孔內(nèi)。
[0009] 所述觀察套管采用玻璃套管。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，功能獨特；通過上、下均勻送氣套管可以分別在上、下端對液橋 形成平行的剪切氣流，并且氣流的方向可自由選擇，即可以在液橋周圍產(chǎn)生不同大小和不 同方向的剪切氣流；并且通過調(diào)節(jié)上橋柱的高度，可產(chǎn)生不同的體積比。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的液橋生成器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明的上橋柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是圖2的左視圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明的下橋柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖5是圖4的左視圖；
[0017] 其中：1-支架，2-下橋柱，3-上橋柱，4-緊固螺釘，5-上盤，6-上均勻送氣套管， 7-下盤，8-卡環(huán)，9-下均勻送氣套管，10-突起，11-觀察套管。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步地詳細說明。
[0019] 如圖1~圖5所示，一種周圍剪切氣流式液橋生成器，包括起支撐作用的支架1， 在支架1的上部具有上橋柱安裝孔，下部具有下橋柱安裝孔；在上橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝 有上橋柱3,在下橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝有下橋柱2,在上橋柱安裝孔側(cè)方的支架1上設(shè)置 有上橋柱3的緊固螺釘4 ;在所述上橋柱3與下橋柱2之間設(shè)置有觀察套管11，上橋柱3和 下橋柱2的出氣端均設(shè)置在觀察套管11內(nèi)；所述上橋柱3由上均勻送氣套管6和上盤5組 成，上均勻送氣套管6同軸套裝在上盤5外部，上均勻送氣套管6與上盤5緊密連接；所述 下橋柱2由下均勻送氣套管9和下盤7組成，下均勻送氣套管9同軸套裝在下盤7外部，下 均勻送氣套管9與下盤7緊密連接。
[0020] 在所述上均勻送氣套管6和下均勻送氣套管9的出氣端分別均勻設(shè)置有四個突起 10。
[0021] 在所述下均勻送氣套管9外套裝有卡環(huán)8,下橋柱2通過所述卡環(huán)8安裝在支架1 的下橋柱安裝孔內(nèi)。
[0022] 所述觀察套管11采用玻璃套管。
[0023] 下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的一次使用過程：
[0024] 如圖1~圖5所示，首先將實驗液體通過微型注射栗準確地注入上盤5與下盤7之 間，形成液橋，靜止的液橋通過表面張力維持界面形狀。然后先將氣體送入球形流量計中， 通過球形流量計控制氣體流量，再根據(jù)實驗需求將氣體送入上均勻送氣套管6或下均勻送 氣套管9內(nèi)。
[0025] 利用本發(fā)明的液橋生成器研究氣流速度、氣流方向和體積比對液橋界面形狀的影 響，可通過以下三個具體實驗方案實施：
[0026] 實驗方案一：氣流方向和體積比一定的情況下，變換不同的氣流速度，研究氣流速 度對液橋界面形狀的影響。因為本發(fā)明的液橋生成器的上均勻送氣套管6、下均勻送氣套管 9、上盤5和下盤7的直徑都是定值，所以通過控制氣體的流量就可以改變氣流速度。氣流 速度iAf通過氣體流量Q計算得出，其計算式為：
[0027]
[0028] 式中，瑪-氣流速度，Q-氣體流量，IU-觀察套管的外徑，R。-觀察套管的內(nèi)徑。
[0029] 氣體流量Q通過球形流量計測得，觀察套管的外徑和內(nèi)徑R。為定值，可通過游 標(biāo)卡尺測得。
[0030] 實驗方案二：氣流方向和氣流速度一定的情況下，變換不同的體積比，研究體積比 對液橋界面形狀的影響。體積比V等于液橋體積V。和上、下盤之間的圓柱體積Vi之比。因 為上、下盤的直徑一定，所以通過調(diào)節(jié)上橋柱3的高度就可以改變上、下盤之間的圓柱體積 Vi，同時，也相應(yīng)改變了液橋體積V。。當(dāng)上橋柱3達到實驗要求的高度時，利用緊固螺釘4固 定其位置；其中，液橋體積V。是通過高速攝像機拍攝液橋界面形狀，再根據(jù)液橋界面形狀的 數(shù)字圖像計算得出的，其計算式為：
[0031]
[0032] 式中，V。-液橋體積，d「上、下盤之間的距離，R。-觀察套管的內(nèi)徑，F(xiàn)(z)_液橋界 面形狀的數(shù)字圖像函數(shù)。
[0033] 上、下盤之間的圓柱體積％是由上、下盤的直徑d。和上、下盤之間的距離di確定 的，其計算式為：
[0034]
[0035] 式中，V「上、下盤之間的圓柱體積，山_上、下盤之間的距離，d〇_上、下盤的直徑。
[0036] 上、下盤的直徑d。為定值，可通過游標(biāo)卡尺測得，上、下盤之間的距離d:是實驗變 量，通過移動上橋柱3可得到不同的山。
[0037] 實驗方案三：體積比和氣流速度一定的情況下，變換不同的氣流方向，研究氣流方 向?qū)σ簶蚪缑嫘螤畹挠绊?。本發(fā)明的液橋生成器可提供兩種氣流方向：1)、氣流從上均勻送 氣套管6注入，即氣流方向與重力方向一致；2)、氣流從下均勻送氣套管9注入，即氣流方向 與重力方向相反。
[0038] 在整個實驗過程中，各個變量對液橋界面形狀的影響，通過高速攝像機拍攝液橋 界面的不同形狀來做進一步分析。
【主權(quán)項】
1. 一種周圍剪切氣流式液橋生成器，其特征在于包括支架，在支架的上部具有上橋柱 安裝孔，下部具有下橋柱安裝孔；在上橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝有上橋柱，在下橋柱安裝孔內(nèi) 垂直安裝有下橋柱，在上橋柱安裝孔側(cè)方的支架上設(shè)置有上橋柱的緊固螺釘；在所述上橋 柱與下橋柱之間設(shè)置有觀察套管，上橋柱和下橋柱的出氣端均設(shè)置在觀察套管內(nèi)；所述上 橋柱由上均勻送氣套管和上盤組成，上均勻送氣套管同軸套裝在上盤外部；所述下橋柱由 下均勻送氣套管和下盤組成，下均勻送氣套管同軸套裝在下盤外部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的周圍剪切氣流式液橋生成器，其特征在于在所述上均勻送氣 套管和下均勻送氣套管的出氣端分別均勻設(shè)置有四個突起。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的周圍剪切氣流式液橋生成器，其特征在于在所述下均勻送氣 套管外套裝有卡環(huán)，下橋柱通過所述卡環(huán)安裝在支架的下橋柱安裝孔內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的周圍剪切氣流式液橋生成器，其特征在于所述觀察套管采用 玻璃套管。
【專利摘要】一種周圍剪切氣流式液橋生成器，屬于流體物理學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種周圍剪切氣流式液橋生成器，該液橋生成器主要用于研究周圍剪切氣流和液橋體積比對液橋界面形狀的影響。本發(fā)明包括支架，在支架的上部具有上橋柱安裝孔，下部具有下橋柱安裝孔；在上橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝有上橋柱，在下橋柱安裝孔內(nèi)垂直安裝有下橋柱，在上橋柱安裝孔側(cè)方的支架上設(shè)置有上橋柱的緊固螺釘；在所述上橋柱與下橋柱之間設(shè)置有觀察套管，上橋柱和下橋柱的出氣端均設(shè)置在觀察套管內(nèi)；所述上橋柱由上均勻送氣套管和上盤組成，上均勻送氣套管同軸套裝在上盤外部；所述下橋柱由下均勻送氣套管和下盤組成，下均勻送氣套管同軸套裝在下盤外部。
【IPC分類】C30B13/00
【公開號】CN105063743
【申請?zhí)枴緾N201510230383
【發(fā)明人】梁儒全, 閆付強, 張志輝, 李曉媛
【申請人】東北大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年5月8日