一种液体下落时对接触面冲击的试验装置

1.本实用新型属于液体动力学、形态学研究的技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种液体下落时对接触面冲击的试验装置。


背景技术：

2.在现有技术中，关于测量液滴下落碰撞的完整实验装置比较少，主要研究为液滴飞溅、铺展等形态变化观测。实验人员通常采用的实验方式有：
3.1、输液架+针管的方式进行液滴的下落模拟：针管输入需要实验者手动操控液滴下落的速度和数量，具有不可控性，产生的实验误差较大，得到的有效数据较少；
4.2、通过手持针筒的方式来进行液滴的输入：由于没有可以调节高度的实验台，这给测量实际液滴下落高度带来了困难，无法在后续的数值模拟及验证实验中确定液滴精确的下落高度，影响后续的实验结果；同时，由于手动挤压得影响，导致针管产生的液滴质量不均匀，速度不可控，对实验结果有很大的影响。
5.3、通过固定高精度注射泵的方式来控制液滴：这种方法需要不断改变高精度注射泵的高度以确保得到不同高度的碰撞力数据，如果没有完整的实验台，重新设置高精度注射泵会花费大量的时间；同时，在安装过程中由于高度变化或位置变化可能导致液滴无法刚好与碰撞盘接触，影响实验的效率。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种液体下落时对接触面冲击的试验装置，其目的是快速、准确地获得液体下落对接触面撞击的实验数据。
7.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
8.本实用新型的液体下落时对接触面冲击的试验装置，包括金属框架；所述的试验装置设置升降平台，所述的升降平台采用可上下移动的连接结构固定在金属框架的立柱上；在所述的升降平台上，设置高精度注射泵，所述的高精度注射泵通过针筒与夹持装置连接；在所述的金属框架内、升降平台下方设置碰撞盘，所述的碰撞盘由其下方的实验支承台支撑。
9.所述的试验装置设置实验控制台，所述的实验控制台设有实验数据处理器及人机对话装置。
10.所述的碰撞盘上设置压力传感器，所述的压力传感器通过信号线路与实验控制台连接。
11.所述的实验支承台与碰撞盘之间设置回转驱动机构，实现碰撞盘在水平面上的回转运动；所述的回转驱动机构通过信号线路与实验控制台连接。
12.在所述的回转驱动机构上还设置碰撞盘倾斜驱动机构，实现碰撞盘相对于水平面的倾斜运动；所述的压力传感器通过信号线路与实验控制台连接。
13.所述的碰撞盘中设置碰撞板；所述的碰撞板为多件，且采用不同的材料、不同的表
面结构制成；在实验进行的状态下，选择其中一件，放置在碰撞盘中。
14.在所述的实验支承台下方的地面上，设置集水盘。
15.在所述的金属框架的立柱上，设置一个或多个吹风器，所述的吹风器通过信号线路与实验控制台连接。
16.在所述的金属框架的立柱上，设置一个或多个影像记录仪，所述的影像记录仪通过信号线路与实验控制台连接。
17.所述的升降平台上设置高精度注射泵移动机构，所述的高精度注射泵移动机构通过信号线路与实验控制台连接，实现高精度注射泵在升降平台上的水平移动。
18.本实用新型采用上述技术方案，集液滴发射、信号采集、数据分析功能为一体，实验的自动化程度高；通过采集水滴对碰撞面的冲击力、撞击形态等，实时获得准确和全面的实验数据；采用简单的结构，能方便地调节水滴发射装置的高度、碰撞盘的形态等，完全模拟自然状态，最大程度地排除了试验时的人为干扰；在装置正面实验碰撞处留出观察空间，便于观察液滴碰撞形态；及时、快速地对水滴实验的数据进行处理，提高实验效率。
附图说明
19.附图所示内容及图中的标记简要说明如下：
20.图1为本实用新型的结构示意图。
21.图中标记为：
22.1、金属框架，2、升降平台，3、高精度注射泵，4、碰撞盘，5、压力传感器，6、实验支承台，7、集水盘，8、实验控制台，9、吹风器，10、影像记录仪，11、夹持装置，12、人机对话装置，13、碰撞板，14、高精度注射泵移动机构。
具体实施方式
23.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
24.如图1所示本实用新型的结构，为一种液体下落时对接触面冲击的试验装置，是一套集液滴发射、信号采集、数据分析功能为一体的实验装置，其包括金属框架1。最外层的金属框架1是一个非密封，一面开门的长方体框架结构。在金属框架1正面实验碰撞处留出空间，便于观察液滴碰撞形态等。所以在在金属框架1的背面、两个侧面，还设置多个加强连杆，而正面为了方便观察，不再设置加强连杆。
25.该金属框架1可以采用钢制框架、铝合金框架。在金属框架1的每个立柱的底端，可以设置滚轮，方便其进行移动。
26.为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现快速、准确地获得液体下落对接触面撞击的实验数据的发明目的，本实用新型采取的技术方案为：
27.如图1所示，本实用新型的液体下落时对接触面冲击的试验装置，设置升降平台2，所述的升降平台2采用可上下移动的连接结构固定在金属框架1的立柱上；在所述的升降平台2上，设置高精度注射泵3，所述的高精度注射泵3通过针筒与夹持装置11连接；在所述的金属框架1内、升降平台2下方设置碰撞盘4，所述的碰撞盘4由其下方的实验支承台6支撑。
28.金属框架1下层中心处可以放置实验支承台6。在金属框架1上放置高精度注射泵的升降平台2，可以保证液滴定量、均匀地下落。水滴发射功能依赖于升降平台2上下调节的灵活性，用简单的设计实现了方便地调整水滴发射装置于任意高度的功能。升降平台2的高度调节达到要求后，可以通过锁紧装置将其固定在立柱上。
29.放置在升降平台2上的高精度注射泵3能够通过控制系统的控制，机械地、有规律地发射液滴，最大程度的排除人为干扰。
30.本实用新型的试验装置可以测量液体下落时对接触面的冲击力大小，以及其形态的变化，可以为土木工程中雨荷载对房屋冲击力的研究提供有效的数据支持；还可以用于分析水滴在不同场合的力学影响。
31.采用上述技术方案，集液滴发射、信号采集、数据分析功能为一体，实验的自动化程度高；通过采集水滴对碰撞面的冲击力、撞击形态等，实时获得准确和全面的实验数据；及时、快速地对水滴实验的数据进行处理，提高实验效率；采用简单的结构，能方便地调节水滴发射装置的高度、碰撞盘的形态等，完全模拟自然状态，最大程度地避免了试验时的人为主观因素对实验结果的影响。
32.所述的试验装置设置实验控制台8，所述的实验控制台8设有实验数据处理器及人机对话装置12。
33.实验数据处理器通过采集水滴对碰撞面的冲击力、撞击形态等信号，实时获得准确和全面的实验数据；及时、快速地对水滴实验的数据进行处理，提高实验效率。人机对话装置12是可以联网的计算机，可以及时显示实验数据和实验结果；实验人员可以通过人机对话装置12对实验过程进行设定和控制。
34.实验过程中的各种调节，包括对高精度注射泵3的驱动控制；对碰撞盘4的转动、倾斜运动控制，都可以通过计算机及其软件来实现。
35.所述的碰撞盘4上设置压力传感器5，所述的压力传感器5通过信号线路与实验控制台8连接。
36.本实用新型首先关注对水滴下落时的撞击力的研究。所以，在实验支承台6上设置压力传感器5，为力传感器/压电传感器，来收集液滴下落时所产生的冲击力信号。压力传感器5与信号处理装置通过导线连接，将冲击力转化为电信号输入信号处理装置进行分析。
37.所述的实验支承台6与碰撞盘4之间设置回转驱动机构，实现碰撞盘4在水平面上的回转运动；所述的回转驱动机构通过信号线路与实验控制台8连接。
38.所述的回转驱动机构可以采用电机驱动的齿轮传动机构，或电机驱动的带轮及其它机械传动机构。
39.在所述的回转驱动机构上还设置碰撞盘倾斜驱动机构，实现碰撞盘4相对于水平面的倾斜运动；所述的压力传感器5通过信号线路与实验控制台8连接。
40.所述的碰撞盘倾斜驱动机构也可以采用如上所述的齿轮、带轮等机械传动机构。
41.在实验控制台8上，通过驱动碰撞盘4的旋转，调整碰撞盘4的倾角，可以改变液滴碰撞壁面的倾角，或者撞击的位置，来模拟现实生活中存在的雨荷载对房屋结构各种平面、斜面所产生的各种各样的影响，使其更接近真实环境，获得有效的实验结果。
42.所述的碰撞盘4中设置碰撞板13；所述的碰撞板13为多件，且采用不同的材料、不同的表面结构制成；在实验进行的状态下，选择其中一件，放置在碰撞盘4中。
43.碰撞板13放置在碰撞盘4中，可以根据需要进行更换，其材料各不相同，有硬度大小、厚度的区别，也有表面粗糙度的区别，可以根据实际应用中的状态进行选用。所得到结果必然是不同的，更符合生产、生活实际。
44.在所述的实验支承台6下方的地面上，设置集水盘7。
45.采用集水盘7将实验过程中的飞溅出来的水滴进行收集，避免实验过程中，实验场地产生积水的现象，改善实验卫生环境。
46.在所述的金属框架1的立柱上，设置一个或多个吹风器9，所述的吹风器9通过信号线路与实验控制台8连接。
47.图1所示的是，在一个立柱上设置了吹风器9；也可以在两个、三个，或者全部四个立柱上设置吹风器9。吹风器9受实验控制台8控制系统控制，模拟生产、生活现实当中风力对水滴的影响。风力可以调节。吹风器9的吹风方向也可以根据需要进行调节。所以，吹风器9是通过万向驱动机构安装在立柱上的。
48.在所述的金属框架1的立柱上，设置一个或多个影像记录仪10，所述的影像记录仪10通过信号线路与实验控制台8连接。
49.本实用新型还关注水滴下落过程及撞击后的形态变化，所以，采用了以下技术方案：
50.图1所示的是，在一个立柱上设置了影像记录仪10，也可以在两个、三个，或者全部四个立柱上设置影像记录仪10。影像记录仪10受实验控制台8控制系统控制，对水滴下落、撞击后出现的形态变化进行记录。比如，有些液体粘度不同，在下落和撞击过程中的形态是不同的；受到风力的影响也会出现形态变化。影像记录仪10的拍摄方向也可以根据需要进行调节。所以，影像记录仪10是通过万向驱动机构安装在立柱上的。
51.在实验过程中，操作人员可以在实验控制台8上根据需要，对吹风器9、影像记录仪10进行控制、调节，都可以通过计算机及其软件来实现。实验控制台8控制系统对图像进行分析和处理，得出实验结果。
52.所述的升降平台2上设置高精度注射泵移动机构14，所述的高精度注射泵移动机构14通过信号线路与实验控制台8连接，实现高精度注射泵3在升降平台2上的水平移动。
53.一般情况下，水滴下落都是落在碰撞盘4的中央，但是有时，可能需要其落在碰撞盘4的偏离中央的位置，甚至边缘，这就需要高精度注射泵移动机构14驱动高精度注射泵3在水平方向移动，直到水滴落在合适的位置。
54.本实用新型还可以在金属框架1的外周围设置消声棉，很好地避免了实验过程中的噪声干扰。
55.本实用新型置的最大优势是：限制固定空间，可以独立自主的实现一整套液滴下落、碰撞流程；并且还可以模拟不同的实验环境，得到更全面的实验结果。
56.上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液体下落时对接触面冲击的试验装置，包括金属框架（1），其特征在于：所述的试验装置设置升降平台（2），所述的升降平台（2）采用可上下移动的连接结构固定在金属框架（1）的立柱上；在所述的升降平台（2）上，设置高精度注射泵（3），所述的高精度注射泵（3）通过针筒与夹持装置（11）连接；在所述的金属框架（1）内、升降平台（2）下方设置碰撞盘（4），所述的碰撞盘（4）由其下方的实验支承台（6）支撑。2.按照权利要求1所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：所述的试验装置设置实验控制台（8），所述的实验控制台（8）设有实验数据处理器及人机对话装置（12）。3.按照权利要求2所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：所述的碰撞盘（4）上设置压力传感器（5），所述的压力传感器（5）通过信号线路与实验控制台（8）连接。4.按照权利要求3所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：所述的实验支承台（6）与碰撞盘（4）之间设置回转驱动机构，实现碰撞盘（4）在水平面上的回转运动；所述的回转驱动机构通过信号线路与实验控制台（8）连接。5.按照权利要求4所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：在所述的回转驱动机构上还设置碰撞盘倾斜驱动机构，实现碰撞盘（4）相对于水平面的倾斜运动。6.按照权利要求1所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：所述的碰撞盘（4）中设置碰撞板（13）；所述的碰撞板（13）为多件，且采用不同的材料、不同的表面结构制成；在实验进行的状态下，选择其中一件，放置在碰撞盘（4）中。7.按照权利要求1所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：在所述的实验支承台（6）下方的地面上，设置集水盘（7）。8.按照权利要求2所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：在所述的金属框架（1）的立柱上，设置一个或多个吹风器（9），所述的吹风器（9）通过信号线路与实验控制台（8）连接。9.按照权利要求2所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：在所述的金属框架（1）的立柱上，设置一个或多个影像记录仪（10），所述的影像记录仪（10）通过信号线路与实验控制台（8）连接。10.按照权利要求2所述的液体下落时对接触面冲击的试验装置，其特征在于：所述的升降平台（2）上设置高精度注射泵移动机构（14），所述的高精度注射泵移动机构（14）通过信号线路与实验控制台（8）连接，实现高精度注射泵（3）在升降平台（2）上的水平移动。

技术总结
本实用新型公开了一种液体下落时对接触面冲击的试验装置，其设置升降平台，升降平台采用可上下移动的连接结构固定在金属框架的立柱上；在升降平台上，设置高精度注射泵，高精度注射泵通过针筒与夹持装置连接；在金属框架内、升降平台下方设置碰撞盘，碰撞盘由其下方的实验支承台支撑。采用上述技术方案，提高实验的自动化程度；实时获得准确和全面的实验数据；采用简单的结构，完全模拟自然状态，最大程度地排除了试验时的人为干扰；在装置正面实验碰撞处留出观察空间，便于观察液滴碰撞形态；及时、快速地对水滴实验的数据进行处理，提高实验效率。实验效率。实验效率。


技术研发人员：林铭坤 王子松 韩睿轩 李梅 薛宇恒
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/7/14