專利名稱：基于v型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種基于萊頓弗羅斯特(Leidenfrost)現(xiàn)象的自推進(jìn)裝置， 尤其涉及的是一種基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
Leidenfrost現(xiàn)象是一個(gè)經(jīng)典的熱學(xué)現(xiàn)象，即高溫表面與液滴之間產(chǎn)生一層過熱的蒸汽膜將液滴托起，同時(shí)起到熱絕緣的作用，以致沸液與壁面之間要依靠氣體膜兩側(cè)溫度差傳熱。高溫表面的溫度要超過相應(yīng)液體的“Leidenfrost溫度”(LT)時(shí)才能發(fā)生這種膜沸騰傳熱。此時(shí)發(fā)生了所謂“Leidenfrost現(xiàn)象”，在酒精液滴與熱金屬板之間形成了一層2mm至3mm的蒸汽層將液滴完全懸浮于金屬板之上。2006年美國(guó)俄勒R州立大學(xué)的研究者們稱把通常Leidenfrost現(xiàn)象中所用的平面金屬板換成鋸齒形表面的金屬板后，發(fā)現(xiàn)水滴在這種金屬板上不再向各個(gè)方向跳來跳去，而是基本選擇一個(gè)方向跳動(dòng)。但是如何定量的觀測(cè)水滴在金屬板上的運(yùn)動(dòng)，目前尚無完善的裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于V 型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，能夠在室溫下穩(wěn)定的產(chǎn)生自推進(jìn)效應(yīng)，并且可以對(duì)這種液體自推進(jìn)效應(yīng)進(jìn)行定量的研究。技術(shù)方案本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括底板、隔熱底座、傳熱臺(tái)、加熱器和V型槽；其中隔熱底座設(shè)置于底板上，傳熱臺(tái)位于隔熱底座上，加熱器設(shè)置于傳熱臺(tái)內(nèi)，V型槽設(shè)置于傳熱臺(tái)上。所述V型槽是橫截面為V型的金屬槽，V型夾角為30° 150°。所述V型槽為銅制成，V型槽上設(shè)有鍍鉻涂層，可以防止其他溶液與銅表面反應(yīng)而損害V型槽。所述V型槽的內(nèi)壁沿徑向設(shè)有平行的凸起，凸起能夠使得槽內(nèi)的液體運(yùn)動(dòng)方向一致。為了使得自推進(jìn)效果較好，所述凸起的橫截面為直角三角形。所述直角三角形與V型槽的內(nèi)壁垂直的直角邊為0. 2 0. 3mm，另一直角邊為 1. 0 1. 5mm。所述底板上設(shè)有高低調(diào)節(jié)裝置，可以保持裝置的水平或使V型槽的運(yùn)動(dòng)軌道保持一定的角度。所述加熱器上設(shè)有熱偶溫度計(jì)，可以讓裝置保持溫度穩(wěn)定。有益效果本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型通過較大功率加熱器可在室溫條件下短時(shí)間內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)溫度，從而使液體可獲得穩(wěn)定的自推進(jìn)現(xiàn)象；裝置接觸面進(jìn)行了鍍鉻處理避免了其他溶液與銅表面反應(yīng)而損害表面；V型結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)而言有效提高了液滴自推進(jìn)過程中的穩(wěn)定性、降低了液滴的轉(zhuǎn)變溫度同時(shí)在自推進(jìn)現(xiàn)象中的穩(wěn)定運(yùn)行速度大幅提升。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是凸起的局部示意圖；圖3是蒸汽在凸起上的運(yùn)動(dòng)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括底板1、隔熱底座2、傳熱臺(tái)3、加熱器4和V型槽5 ；其中隔熱底座2設(shè)置在底板1上，傳熱臺(tái)3位于隔熱底座2上，加熱器4設(shè)置于傳熱臺(tái)3內(nèi)， V型槽5設(shè)置于傳熱臺(tái)3上，加熱器4上設(shè)有熱偶溫度計(jì)，可以讓裝置保持溫度穩(wěn)定，底板1 上設(shè)有高低調(diào)節(jié)裝置6，可以保持裝置的水平或使V型槽5的運(yùn)動(dòng)軌道保持一定的角度。V型槽5是橫截面為V型的金屬槽，V型槽5由兩個(gè)厚度為5mm，長(zhǎng)度29. 6cm,寬度3. Ocm的銅板拼接成V型，兩個(gè)銅板的夾角為90°，銅板的厚度足可以保證高溫下不易變形。V型槽5為銅制成，V型槽5上設(shè)有鍍鉻涂層，可以防止其他溶液與銅表面反應(yīng)而損害V型槽5。如圖2所示，V型槽5的內(nèi)壁沿徑向設(shè)有平行的凸起7，凸起7結(jié)構(gòu)能夠使得槽內(nèi)的液體運(yùn)動(dòng)方向一致，凸起7的橫截面為直角三角形。直角三角形與V型槽5的內(nèi)壁垂直的直角邊d為0.3mm，另一直角邊s為1.5mm。V型槽5的內(nèi)壁的表面由平面變?yōu)闄M截面為直角三角形的凸起7后，如圖3所示， 在蒸汽層與接觸的金屬面之間形成了一個(gè)帶溝道的三角形結(jié)構(gòu)。這個(gè)三角形的非平衡結(jié)構(gòu)在自推進(jìn)中起到了決定性作用，由于每個(gè)凸起7兩側(cè)角度不等，導(dǎo)致蒸汽層中的蒸汽在逸出時(shí)，凸起7左側(cè)蒸汽主要沿左側(cè)溝道逸出，泄流方向在垂直于紙面的方向，而右側(cè)蒸汽主要沿凸起7的坡面運(yùn)動(dòng)，最終匯入其前方凸起7的溝道逸出，因而凸起7的尖端A點(diǎn)的氣壓 Pa大于溝道內(nèi)的氣壓IV產(chǎn)生了向右側(cè)的牽引力，于是液滴發(fā)生向右的推進(jìn)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，具有如此平行凸起7分布的金屬平板雖然可以使液滴向某一方向運(yùn)動(dòng)，但由于實(shí)際操作中在泄流方向上兩側(cè)的泄流蒸汽并不相等，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是液滴沿著一個(gè)大體的方向做曲線推進(jìn)，運(yùn)動(dòng)缺少穩(wěn)定性。為了消除泄流氣體對(duì)液滴的不利影響，有必要對(duì)單純的平板型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。將兩塊打有平行凸起7的金屬板以一定夾角相互拼接形成一個(gè)V字型的大金屬槽。這樣的設(shè)計(jì)可以使在V型槽5兩側(cè)的泄流蒸汽沿V型槽5的內(nèi)壁向上的部分順利泄流，而沿V型槽5的內(nèi)壁向下的部分在V型槽5底匯聚，增加對(duì)液滴的托舉作用，減小液滴與V型槽5之間的阻力。如果V型槽5足夠長(zhǎng)(例如5m)，隨著液滴的蒸發(fā)，液滴的大小會(huì)在運(yùn)動(dòng)過程中不斷減小，在液滴自身重力的作用下液滴始終可以與V型槽5壁保持最佳的接觸。[0026] 使用時(shí)先將水平儀放置在傳熱臺(tái)3的上部，通過調(diào)節(jié)高低調(diào)節(jié)裝置6使傳熱臺(tái)3 上部水平或略傾斜；加熱器4開始加熱；約15分鐘達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，200攝氏度以上，用滴管滴液滴(酒精或者蒸餾水)于V型槽5內(nèi)。在本裝置的上方30 40cm處設(shè)置高速攝像機(jī)或照相機(jī)對(duì)V型槽5內(nèi)的液滴運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄及測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于，包括底板(1)、隔熱底座O)、傳熱臺(tái)(3)、加熱器⑷和V型槽(5)；其中隔熱底座(2)設(shè)置于底板⑴上，傳熱臺(tái)(3)位于隔熱底座⑵上，加熱器⑷設(shè)置于傳熱臺(tái)⑶內(nèi)，V型槽(5)設(shè)置于傳熱臺(tái)(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述V型槽(5)是橫截面為V型的金屬槽，V型夾角為30° 150°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述V型槽(5)為銅制成，V型槽( 上設(shè)有鍍鉻涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述V型槽(5)的內(nèi)壁沿徑向設(shè)有平行的凸起(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述凸起(7)的橫截面為直角三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述直角三角形與V型槽(5)的內(nèi)壁垂直的直角邊為0.2 0.3mm，另一直角邊為1. 0 1. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述底板(1)上設(shè)有高低調(diào)節(jié)裝置(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，其特征在于所述加熱器(4)上設(shè)有熱偶溫度計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于V型結(jié)構(gòu)的自推進(jìn)裝置，該裝置包括底板、隔熱底座、傳熱臺(tái)、加熱器和V型槽；其中隔熱底座設(shè)置于底板上，傳熱臺(tái)位于隔熱底座上，加熱器設(shè)置于傳熱臺(tái)內(nèi)，V型槽設(shè)置于傳熱臺(tái)上。本實(shí)用新型通過較大功率加熱器可在室溫條件下短時(shí)間內(nèi)達(dá)到試驗(yàn)溫度，從而使液體可獲得穩(wěn)定的自推進(jìn)現(xiàn)象；裝置接觸面進(jìn)行了鍍鉻處理避免了其他溶液與銅表面反應(yīng)而損害表面；V型結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)而言有效提高了液滴自推進(jìn)過程中的穩(wěn)定性、降低了液滴的轉(zhuǎn)變溫度同時(shí)在自推進(jìn)現(xiàn)象中的穩(wěn)定運(yùn)行速度大幅提升。
文檔編號(hào)G09B23/16GK202332016SQ20112040024
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者余文晶, 潘永華, 王力, 王暉, 蘇亮亮, 高惠濱 申請(qǐng)人:南京大學(xué)