一種單氣泡發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于儀器、儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單氣泡發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的科學(xué)實驗研宄和兩相流儀器儀表(如非接觸式氣泡檢測傳感器)標(biāo)定需要相關(guān)系統(tǒng)和裝置能夠為毫米級管道連續(xù)提供形態(tài)相似且直徑略小于管道尺寸的單串球形氣泡流。
[0003]中國發(fā)明專利申請200810167133.2公開了一種微小氣泡發(fā)生裝置，可以用來大量且高效地產(chǎn)生直徑均等的微小氣泡的。在該裝置中，匯集在負壓氣體軸的氣體通過由外部液體和高速旋轉(zhuǎn)的液體形成的縫隙時，被切斷形成微小氣泡，且與液體一同被大量吐出。
[0004]中國發(fā)明專利申請200910042161.6公開了一種微氣泡生成裝置，該裝置利用T型三通的相分配功能并調(diào)節(jié)壓力的變化將分配得到的分散相變成微米級的氣泡流。
[0005]現(xiàn)有的氣泡發(fā)生裝置大多只能用來產(chǎn)生微米級的氣泡，氣泡位置分布不均勻，容易聚集，氣泡大小遠小于管道尺寸，且同一橫截面上存在大量氣泡。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種單氣泡發(fā)生裝置，以能為毫米級管道連續(xù)提供形態(tài)相似且直徑略小于管道尺寸的毫米級球形氣泡。該裝置能夠為氣液兩相流實驗提供2.0-3.8mm的球形氣泡，以能滿足多用應(yīng)用和研宄領(lǐng)域?qū)撩准墯馀莸男枰?，如球形氣泡在毛細管道中的形態(tài)變化以及氣泡檢測傳感器的標(biāo)定。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0008]一種單氣泡發(fā)生裝置，包括液相供給系統(tǒng)、氣相供給系統(tǒng)、混相器和導(dǎo)出管；其中，液相供給系統(tǒng)包括液相輸送泵、第一閥門、第二閥門及液相流量計，氣相供給系統(tǒng)包括壓縮氣體鋼瓶和氣體質(zhì)量流量控制器；液相輸送泵的出口分為兩路，一路上的管道上設(shè)有第一閥門，另一路的管道上通過第二閥門連接液相流量計的入口，液相流量計的出口連接混相器的液相入口 ；壓縮氣體鋼瓶的出口連接氣體質(zhì)量流量控制器的入口，氣體質(zhì)量流量控制器的出口連接混相器的氣相入口，混相器的出口連接導(dǎo)出管的入口。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于:混相器包括從左至右依次設(shè)置的液相輸入端、液相/氣相輸送通道、噴嘴和氣泡輸出端以及設(shè)置在液相/氣相輸送通道周向上的氣相輸入端；液相流量計的出口連接液相輸入端的入口，氣體質(zhì)量流量控制器的出口連接氣相輸入端的入口。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于:液相/氣相輸送通道的中心開設(shè)有氣相通道，氣相通道的周向開設(shè)有6個均勻布置的液相通道。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于:氣相通道和6個液相通道的截面均為圓形。
[0012]本發(fā)明進一步的改進在于:混相器的材質(zhì)為不銹鋼。
[0013]本發(fā)明進一步的改進在于:噴嘴的出口處設(shè)置有不銹鋼毛細管。
[0014]本發(fā)明進一步的改進在于:所述不銹鋼毛細管直徑范圍為0.2-1.5_。
[0015]本發(fā)明進一步的改進在于:液相輸送泵能夠代替為計量泵或注射泵代替。
[0016]本發(fā)明進一步的改進在于:壓縮氣體鋼瓶能夠代替為注射泵。
[0017]本發(fā)明進一步的改進在于:導(dǎo)出管為外徑10mm、內(nèi)徑4mm的有機玻璃管。
[0018]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為:
[0019]I)本發(fā)明提供了一種可為毫米級管道連續(xù)提供形態(tài)相似且直徑略小于管道尺寸的形氣泡的發(fā)生裝置；該裝置利用特制混相器使得氣相從噴嘴噴出后在液相的剪切作用下形成單個氣泡，且氣泡大小可通過控制噴嘴大小和液相/氣相流量進行調(diào)節(jié)，從而有效解決某些領(lǐng)域?qū)未蛐螝馀萘鞯男枨?，具有廣闊的市場前景；
[0020]2)進一步地，本發(fā)明提供的特制混相器主要由在圓柱上加工相關(guān)孔道結(jié)構(gòu)而成，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等特點。
【附圖說明】
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[0021]圖1為單氣泡發(fā)生裝置系統(tǒng)圖。
[0022]圖2為混相器三維立體示意圖。
[0023]圖3為混相器液相/氣相輸入端的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3(a)為俯視圖，圖3 (b)為圖3(a)的A-A向剖視圖。
[0024]圖4為混相器的液相/氣相輸送通道(含氣相輸入端)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4(a)為俯視圖，圖4(b)為圖4(a)的A-A向剖視圖。
[0025]圖5為混相器的噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖5(a)為俯視圖，圖5 (b)為圖5(a)的A-A向尚]視圖。
[0026]圖6為不同折算液速和氣速下氣泡在某個時刻的分布和大小圖。
【具體實施方式】
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[0027]下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明做進一步說明。需要說明的是，【具體實施方式】及相關(guān)說明只是進一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)特征，而不限定本發(fā)明要求保護的范圍。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明一種單氣泡發(fā)生裝置，包括液相供給系統(tǒng)、氣相供給系統(tǒng)、混相器7和導(dǎo)出管8 ;其中，液相供給系統(tǒng)包括液相輸送泵1、第一閥門2、第二閥門3及液相流量計4，氣相供給系統(tǒng)包括壓縮氣體鋼瓶5和氣體質(zhì)量流量控制器6 ;液相輸送泵I的出口分為兩路，一路上的管道上設(shè)有第一閥門2，另一路的管道上通過第二閥門3連接液相流量計4的入口，液相流量計4的出口連接混相器7的液相入口 ；壓縮氣體鋼瓶5的出口連接氣體質(zhì)量流量控制器6的入口，氣體質(zhì)量流量控制器6的出口連接混相器7的氣相入口，混相器7的出口連接導(dǎo)出管8的入口。
[0029]本發(fā)明一種單氣泡發(fā)生裝置的主相為液體，分相為氣體，且要求兩者不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。液相輸送泵I輸出的液相經(jīng)過第一閥門2分流后，部分通過第二閥門3并經(jīng)液相流量計4計量后進入混相器7。通過控制第一閥門2和第二閥門3的開度可以獲得所需的液相流量。壓縮氣體鋼瓶5輸出的氣相經(jīng)氣體質(zhì)量流量控制器6計量控制后進入混相器7?；煜嗥?產(chǎn)生的氣泡通過導(dǎo)出管8送入相應(yīng)的使用裝置。導(dǎo)出管8為外徑10_、內(nèi)徑4_的有機玻璃管。
[0030]如圖2所示，作為關(guān)鍵部件的混相器7可通過數(shù)控機床分為五個部分進行加工:液相輸入端9、氣相輸入端10、液相/氣相輸送通道11、噴嘴12及氣泡輸出端13，且液相輸入端9、液相/氣相輸送通道11、噴嘴12和氣泡輸出端13從左至右依次設(shè)置，氣相輸入端10設(shè)置在液相/氣相輸送通道11周向上。液相輸入端9和氣泡輸出端13結(jié)構(gòu)相同。混相器7的各部件間可采用焊接方式同軸固定在一起。如圖3所示，液相輸入端9/氣相輸入端10一端孔內(nèi)徑為10mm，以和液相供給系統(tǒng)/氣相供給系統(tǒng)連接，另一端孔內(nèi)徑為20mm，以和氣相/液相輸送通道11相連接。如圖4所示，氣相/液相輸送通道11側(cè)面加工有氣相通道，以和氣相輸入端10相連；軸線處也加工有氣相通道，內(nèi)徑為4mm，外側(cè)為10mm，可和噴嘴12相連。如圖4所示，在沿軸向方向的氣相通道周圍，沿周向均勻布置6個液相通道。如圖5所示，噴嘴12的底座直徑為10_，可與氣相/液相輸送通道11相連，不銹鋼毛細管可與加工有微小通孔的底座通過焊接方式固定在一起。
[0031]液相供給系統(tǒng)和氣相供給系統(tǒng)分別和混相器7的液相輸入端9和氣相輸入端10相連。氣相從混相器7的噴嘴12噴出后，在周圍液相的剪切作用下，形成被液相均勻間隔開的單串球形氣泡流?；煜嗥?的氣泡輸出端13和導(dǎo)出管8連接。
[0032]圖6為不同工況下某個時刻氣泡在導(dǎo)出管8內(nèi)的位置分布和大小。實施條件:I)液相為常溫常壓去離子水，氣相為氮氣；2)液相輸送泵I采用南方泵業(yè)公司的離心泵，液相流量計4采用YOKOGAWA公司的質(zhì)量流量計，氣體質(zhì)量流量控制器6采用ALICATScientific公司的氣體質(zhì)量流量控制器；3)噴嘴12的不銹鋼毛細管直徑為0.8mm ；4)導(dǎo)出管8為外徑10_，內(nèi)徑4_的有機玻璃管，裝置末端為大氣壓環(huán)境。導(dǎo)出管8中的氣泡采用Olympus公司的高速攝像機拍攝，并采用相應(yīng)的后處理軟件測量出氣泡直徑D，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，所得毫米級氣泡形態(tài)相似，在管內(nèi)分布均勻，且隨著液相流量增加，氣泡直徑減小。
[0033]經(jīng)氮氣和去離子水的實驗，表明本發(fā)明提供的裝置可為毫米級管道連續(xù)提供形態(tài)相似且直徑略小于管道尺寸的單串球形氣泡流。同時，本發(fā)明提供的裝置的關(guān)鍵部分是特制混相器，但其結(jié)構(gòu)簡單、加工容易。其余的泵、閥門、流量計等均有相關(guān)的標(biāo)準件可用。
【主權(quán)項】
1.一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:包括液相供給系統(tǒng)、氣相供給系統(tǒng)、混相器(7)和導(dǎo)出管⑶；其中，液相供給系統(tǒng)包括液相輸送泵(I)、第一閥門(2)、第二閥門(3)及液相流量計(4)，氣相供給系統(tǒng)包括壓縮氣體鋼瓶(5)和氣體質(zhì)量流量控制器￠);液相輸送泵(I)的出口分為兩路，一路上的管道上設(shè)有第一閥門(2)，另一路的管道上通過第二閥門(3)連接液相流量計⑷的入口，液相流量計⑷的出口連接混相器(7)的液相入口 ；壓縮氣體鋼瓶(5)的出口連接氣體質(zhì)量流量控制器￠)的入口，氣體質(zhì)量流量控制器￠)的出口連接混相器⑵的氣相入口，混相器(7)的出口連接導(dǎo)出管⑶的入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:混相器(7)包括從左至右依次設(shè)置的液相輸入端(9)、液相/氣相輸送通道(11)、噴嘴(12)和氣泡輸出端(13)以及設(shè)置在液相/氣相輸送通道(11)周向上的氣相輸入端(10);液相流量計(4)的出口連接液相輸入端(9)的入口，氣體質(zhì)量流量控制器(6)的出口連接氣相輸入端(10)的入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:液相/氣相輸送通道(11)的中心開設(shè)有氣相通道，氣相通道的周向開設(shè)有6個均勻布置的液相通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:氣相通道和6個液相通道的截面均為圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:混相器(7)的材質(zhì)為不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:噴嘴(12)的出口處設(shè)置有不銹鋼毛細管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:所述不銹鋼毛細管直徑范圍為 0.2-1.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:液相輸送泵(I)能夠代替為計量泵或注射泵代替。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:壓縮氣體鋼瓶(5)能夠代替為注射泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單氣泡發(fā)生裝置，其特征在于:導(dǎo)出管(8)為外徑10mm、內(nèi)徑4mm的有機玻璃管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單氣泡發(fā)生裝置，屬于儀器、儀表領(lǐng)域，適用于科學(xué)實驗研究和兩相流儀器儀表標(biāo)定。發(fā)明包括：液相供給系統(tǒng)(液相輸送泵、閥門、液相流量計)、氣相供給系統(tǒng)(鋼瓶、氣體質(zhì)量流量控制器)、混相器和導(dǎo)出管。其中，混相器為關(guān)鍵部件，由液相輸入端、氣相輸入端、液相/氣相輸送通道、噴嘴和氣泡輸出端組成。液相供給系統(tǒng)和氣相供給系統(tǒng)分別和混相器的液相輸入端和氣相輸入端相連。噴嘴核心部件為不銹鋼毛細管。混相器的氣泡輸出端和導(dǎo)出管相連。發(fā)明可為毫米級管道連續(xù)提供形態(tài)相似且直徑略小于管道尺寸的球形氣泡，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等特點。發(fā)明可作為氣液兩相流的相份額測量設(shè)備的標(biāo)定元件，具有重要的市場經(jīng)濟前景。
【IPC分類】B01F3-04, B01F15-04, B01F5-04
【公開號】CN104548981
【申請?zhí)枴緾N201510036037
【發(fā)明人】王躍社, 南文光
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月23日