專利名稱：一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，它產(chǎn)生的煙霧可以為粒子圖像測速 (PIV)、激光多普勒測速(LDV)等粒子示蹤測量技術提供穩(wěn)定有效的示蹤粒子，尤其是空氣 流動的測量。屬于激光粒子測量技術領域。
背景技術：
由于具有高效、瞬時等優(yōu)點，PIV、LDV等激光測量技術被越來越多地應用于液體和 氣體的流動顯示測量中。這些測量技術的關鍵在于通過散播示蹤粒子來實現(xiàn)對速度的測 量，因此示蹤粒子質(zhì)量的好壞是決定測量結果的重要因素。為了能夠真實反映各種復雜流 動并且獲得良好的細節(jié)，示蹤粒子必須具備良好的跟隨性和光反射性以及恰當?shù)臐舛?。目前國?nèi)使用的PIV系統(tǒng)很多都是從國外購買的，比如德國的LaVision等，并且 都附帶有配套的粒子發(fā)生器。不過從國外購買的都比較昂貴，維修也不方便，加之國內(nèi)沒 有專門的企業(yè)生產(chǎn)粒子發(fā)生器，所以也有不少人采用自制的或者利用已有的設備來生成粒 子。一般來說，液體流動采用固體示蹤粒子，比如三氧化二鋁、二氧化鈦或者玻璃珠等；氣 體流動比如風洞或空氣中的試驗通常使用輕油熱升華，或者用高速氣流沖擊產(chǎn)生的油滴顆 粒，目前國內(nèi)公開發(fā)表的幾種粒子發(fā)生器都屬于這種類型。不過從實際使用的經(jīng)驗來看，這 類液體粒子發(fā)生器在工作時，霧化油滴對試驗設備和測量窗口的污染比較嚴重，尤其是小 尺寸的有機玻璃制品，試驗過程中不得不進行頻繁清理，十分麻煩。
發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供結構簡單、使用方便的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器， 它解決了現(xiàn)有技術的不足，產(chǎn)生的煙霧均勻穩(wěn)定、質(zhì)量高，完全可以作為PIV、LDV等激光測 量技術的示蹤粒子，能夠滿足多種氣體流動條件測量的要求。2、技術方案本發(fā)明一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，它是由罐體、密封裝置、燃燒平 臺、投放窗口、進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成的。它們之間的位置連接關系是燃燒平臺放置在罐體內(nèi)中下部，密封裝置通過標準件與罐體連接，進氣系統(tǒng)和排 氣系統(tǒng)穿過密封裝置與罐體連通，其另一端分別與外接氣源、測量通道相連；投放窗口設置 在罐體側(cè)壁中上部，它通過管道與罐體連通。所述罐體是圓柱形容器，其上部敞開并配置連接用的法蘭盤，其側(cè)壁中上部開有 圓孔并通過它與投放窗口相連。所述密封裝置由上蓋板和橡膠密封圈構成；該上蓋板是其上設置有螺栓孔的圓形 板料，其外徑與罐體上部配置的法蘭盤相同；該橡膠密封圈是圓環(huán)形狀，可按照要求市購或 自制產(chǎn)品。所述燃燒平臺是其上設置有多個圓孔的圓形板料，其外徑稍小于罐體內(nèi)徑?？椎?數(shù)量按板的面積合理選定。所述投放窗口是由一帶方法蘭的管道、盲板及標準件組成；該帶方法蘭的管道與
3盲板通過標準件連接；該盲板是其上設置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸與管道的方法 蘭相同；該投放窗口位于罐體側(cè)面中上部，且位置高于燃燒平臺。所述進氣系統(tǒng)依次由氣源、進氣壓力表、進氣閥門、進氣導管以及細管組成；該氣 源可以根據(jù)實驗室條件自行選擇，壓力可調(diào)，但應保證氣流壓力高于測量通道主氣流壓力， 壓差為2_4KPa，以方便粒子流動；該進氣壓力表是精密壓力表；該進氣閥門是外螺紋截止 閥門，公稱直徑和公稱壓力可以根據(jù)實際情況自行選擇，但應與進氣導管的直徑相配合；該 進氣導管為銅管；該細管為銅管，末端封閉且周向布置一圈小孔，使空氣沿水平面噴出。細 管的數(shù)量合理選定。所述排氣系統(tǒng)依次由排氣導管、過濾網(wǎng)、出口壓力表以及出口閥門組成；該排氣導 管與進氣導管規(guī)格相同；該過濾網(wǎng)是普通的金屬網(wǎng)，可以根據(jù)導管尺寸進行市購；該出口 壓力表是精密壓力表；該出口閥門是外螺紋截止閥門，參數(shù)規(guī)格與進氣閥門一致。其中，該進氣導管的直徑為17_19mm ；其中，該細管的直徑為7-9mm;其中，該進氣壓力表的量程為0-6MPa;其中，該出口壓力表的量程為0_6MPa ；其中，該進氣閥門的型號是J23W型；其中，該出口閥門的型號是J23W型。該粒子發(fā)生器的工作原理及流程如下將粒子生成物布置在燃燒平臺上燃燒，保證罐體密封。進氣導管穿過上蓋板進入 罐體后連接數(shù)根細管，細管穿過燃燒平臺至罐體下部，為燃燒提供空氣同時參與粒子的釋 放。測量時先關閉出口閥門并觀察出口壓力表讀數(shù)，等粒子濃度合適后打開，粒子經(jīng)過濾后 沿導管進入測量通道。粒子生成物為醫(yī)用艾條，價格便宜，購買方便。艾條經(jīng)過燃燒可以生成濃度較高的 煙霧。市場上標準的艾條長度為200mm，直徑約為18mm，與燃燒平臺的孔徑相當；試驗時，將 艾條切成小段，每段50mm，安靜燃盡需要30分鐘左右。艾條的投放有兩種方式當粒子需 求量大時，將較多的艾條插在燃燒平臺的通孔中點燃；若粒子需求量少則直接通過投放窗 口將點燃的艾條投放到平臺上。3、優(yōu)點及功效本發(fā)明的優(yōu)點在于對設備的污染小，對人體不會造成傷害；能夠 穩(wěn)定持續(xù)地產(chǎn)生示蹤粒子；粒子的濃度和數(shù)量可調(diào)；粒子質(zhì)量好，能夠很好地反映氣體流 動；原料價格低廉；結構簡單，使用方便，易于普及。
圖1為發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器的工作原理示意圖。圖2為發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器的結構示意圖。圖3為燃燒平臺的結構示意圖。(a主視圖；b俯視剖面圖)圖中符號說明如下1罐體；2上蓋板；3燃燒平臺；4投放窗口 ；5氣源；6進氣導管；7進氣壓力表；8進氣閥門；9細管；10排氣導管；11過濾網(wǎng)；12出口壓力表；13出口閥門；14測量通道；15艾條；16橡膠密封圈。
具體實施例方式見圖1、圖2，本發(fā)明為一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，它是由罐體1及密封裝置、燃 燒平臺3、投放窗口 4、進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成。它們之間的位置連接關系是燃燒平臺3放置在罐體1內(nèi)中下部，密封裝置通過標準件與罐體1連接，進氣系統(tǒng) 和排氣系統(tǒng)穿過密封裝置與罐體1連通，其另一端分別與外接氣源5、測量通道14相連；投 放窗口 4設置在罐體1側(cè)壁中上部，它通過管道與罐體1連通。所述罐體1是圓柱形容器，其上部敞開并配置連接用的法蘭盤，其側(cè)壁中上部開 有圓孔并通過它與投放窗口 4相連。所述密封裝置由上蓋板2和橡膠密封圈16構成；該上蓋板2是其上設置有螺栓孔 的圓形板料，其外徑與罐體1上部配置的法蘭盤相同；該橡膠密封圈16是圓環(huán)形狀，按照要 求市購。所述燃燒平臺3是其上設置有多個圓孔的圓形板料，其外徑稍小于罐體1內(nèi)徑。孔 徑為18mm，孔的數(shù)量為25個，按圓板面積合理均勻分布。所述投放窗口 4是由一帶方法蘭的管道、盲板及標準件組成；該帶方法蘭的管道 與盲板通過標準件連接；該盲板是其上設置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸與管道的方 法蘭相同；該投放窗口 4位于罐體1側(cè)面中上部，且位置高于燃燒平臺3。所述進氣系統(tǒng)依次由氣源5、進氣壓力表7、進氣閥門8、進氣導管6以及細管 9組成；該氣源5為壓力IMPa的低壓氣流；該進氣壓力表7是低壓精密壓力表，量程為 0-1. 6MPa ；該進氣閥門8是J23W型外螺紋截止閥門，公稱直徑為8mm，公稱壓力為1. 6MPa ； 該進氣導管6為銅管，直徑為18mm，與閥門型號配合；該細管9為銅管，直徑為8mm，末端封 閉且周向布置一圈小孔，使空氣沿水平面噴出。細管9的數(shù)量為四根。所述排氣系統(tǒng)依次由排氣導管10、過濾網(wǎng)11、出口壓力表12以及出口閥門13組 成；該排氣導管10與進氣導管6規(guī)格相同；該過濾網(wǎng)11是普通的金屬網(wǎng)，可以根據(jù)排氣導 管10的尺寸進行市購；該出口壓力表12是低壓精密壓力表，量程為0-1. 6MPa ；該出口閥門 13是J23W型外螺紋截止閥門，參數(shù)規(guī)格與進氣閥門8—致；圖1所示為示蹤粒子發(fā)生器的工作原理，即利用進出口兩個閥門及兩個壓力表、 來調(diào)節(jié)和控制粒子的濃度。開始時，先關閉出口閥門，通過進口閥門控制進入罐體的氣量， 讓粒子生成物在罐體內(nèi)封閉燃燒，產(chǎn)生粒子，等濃度適合時打開出口閥門即可釋放粒子?？?以通過控制進氣量來控制粒子生成物燃燒的時間，空氣少，燃燒緩慢，發(fā)煙量少，適用于流 速小粒子需求量少的工況；空氣多，燃燒迅速，發(fā)煙量大，適用于流速大粒子需求量多的工 況。圖2所示為示蹤粒子發(fā)生器的結構示意圖，現(xiàn)結合該圖詳細介紹一下各部件的結 構和工作原理。粒子發(fā)生器的主體是一個罐體1，罐體1的尺寸可以根據(jù)試驗設備尺寸以及 氣流速度大小適當選取，根據(jù)已有設計，當空氣流量為每小時10 50立方米時，底面內(nèi)徑 為260mm，高度為300mm。罐體1由橡膠墊圈16和上蓋板2密封。燃燒平臺3位于罐體1中部偏下的位置，由內(nèi)壁面上設置好的凸起定位。材料可 以為鋼板，厚度為5mm，直徑為250mm。在板上打通孔，孔徑為18mm，與艾條15的直徑相當， 如圖3所示。將艾條15切成小段，底部插在孔中，頂部燃燒，燒完后的殘余物則掉落到罐底。通孔的數(shù)量為25個，按平板的面積均勻分布；實際操作時要控制艾條15的數(shù)量，保證氣流 在罐體1內(nèi)的自由流通，否則會導致燃燒不完全，造成浪費。對于燃盡和未燃盡的殘余物， 可以在下次投放前清理。粒子投放窗口 4是位于罐體1側(cè)面的方形窗口，相對位置要高于燃燒平臺3。當粒 子數(shù)量需求較少時，可以直接采用這種投放方式，將艾條15投放到燃燒平臺3上，然后密封 即可。當需要較多粒子時，應采用上文所述的將艾條15固定于通孔的投放方法。進氣系統(tǒng)主要是為粒子的生成提供燃燒所需空氣，也參與粒子的釋放。依次由氣 源5、進氣壓力表7、進口閥門8、進氣導管6和細管9組成。進氣導管6在穿過上蓋板2后 連接四根細管9，細管9穿過燃燒平臺3的通孔直至罐體1下部，為粒子生成物的燃燒和粒 子的釋放提供空氣。實際操作時，通過進氣壓力表7和進口閥門8來監(jiān)測和控制進入罐體 1內(nèi)的空氣量，這樣既可以控制粒子的濃度和數(shù)量，也可以控制艾條15燃燒的時間，可以滿 足不同測量的要求。排氣系統(tǒng)主要是為了釋放粒子，依次由排氣導管10、過濾網(wǎng)11、出口壓力表12、出 口閥門13組成。排氣導管10 —端穿過上蓋板2進入罐體1，另一端連接測量通道14。過 濾網(wǎng)11可以滯留煙霧中的焦油物質(zhì)以及大顆粒的雜質(zhì)，起到過濾和保護壓力表及閥門的 作用，但是要定期清理和更換。出口壓力表12可以監(jiān)測罐體1內(nèi)粒子的壓力，等粒子壓力 滿足測量要求時打開出口閥門13即可。出口閥門13也起著控制粒子濃度和數(shù)量的作用。整個結構的工作過程是先布置艾條15并將其點燃，密封罐體1和投放窗口 4并 保持進、出口閥門8、13關閉。打開進口閥門8，讓適量氣流進入罐體1參與燃燒。經(jīng)過一段 時間的穩(wěn)定燃燒后，觀察出口壓力表12，待罐體1內(nèi)部壓力合適后打開出口閥門13，釋放粒 子。如果暫時不需要粒子，應關閉出口閥門13。
權利要求
一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于它是由罐體及密封裝置、燃燒平臺、投放窗口、進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成，它們之間的位置連接關系是燃燒平臺放置在罐體內(nèi)中下部，密封裝置通過標準件與罐體連接，進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)穿過密封裝置與罐體連通，其另一端分別與外接氣源、測量通道相連；投放窗口設置在罐體側(cè)壁中上部，它通過管道與罐體連通；所述罐體是圓柱形容器，其上部敞開并配置連接用的法蘭盤，其側(cè)壁中上部開有圓孔并通過它與投放窗口相連；所述密封裝置由上蓋板和橡膠密封圈構成；該上蓋板是其上設置有螺栓孔的圓形板料，其外徑與罐體上部配置的法蘭盤相同；該橡膠密封圈是圓環(huán)形狀，按照要求市購或自制；所述燃燒平臺是其上設置有多個圓孔的圓形板料，其外徑小于罐體內(nèi)徑，孔的數(shù)量按板的面積選定；所述投放窗口是由一帶方法蘭的管道、盲板及標準件組成；該帶方法蘭的管道與盲板通過標準件連接；該盲板是其上設置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸與管道的方法蘭相同；該投放窗口位于罐體側(cè)面中上部，且位置高于燃燒平臺；所述進氣系統(tǒng)依次由氣源、進氣壓力表、進氣閥門、進氣導管以及細管組成；該氣源根據(jù)實驗室條件自行選定，壓力可調(diào)，但應保證氣流壓力高于測量通道主氣流壓力，壓差為2 4KPa，以方便粒子流動；該進氣壓力表是精密壓力表；該進氣閥門是外螺紋截止閥門，公稱直徑和公稱壓力可以根據(jù)實際情況選定，但應與進氣導管的直徑相配合；該進氣導管為銅管；該細管為銅管，末端封閉且周向布置一圈小孔，使空氣沿水平面噴出，細管的數(shù)量依據(jù)燃燒平臺的尺寸選定；所述排氣系統(tǒng)依次由排氣導管、過濾網(wǎng)、出口壓力表以及出口閥門組成；該排氣導管與進氣導管規(guī)格相同；該過濾網(wǎng)是普通的金屬網(wǎng)，可以根據(jù)導管尺寸市購；該出口壓力表是精密壓力表；該出口閥門是外螺紋截止閥門，參數(shù)規(guī)格與進氣閥門一致。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該進氣導管的直 徑為 17-19mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該細管的直徑為 7-9mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該進氣壓力表的 量程為0-6MPa。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該進氣閥門的型 號是J23W型。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該出口壓力表的 量程為0-6MPa。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，其特征在于該出口閥門的型 號是J23W型。
全文摘要
一種發(fā)煙式示蹤粒子發(fā)生器，它是由罐體及密封裝置、燃燒平臺、投放窗口、進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成，其位置連接關系是燃燒平臺放置在罐體內(nèi)中下部，密封裝置通過標準件與罐體連接，進氣和排氣系統(tǒng)穿過密封裝置與罐體連通，其另一端分別與外接氣源、測量通道相連；投放窗口設置在罐體側(cè)壁中上部，它通過管道與罐體連通。該罐體是圓柱形容器，該密封裝置由上蓋板和橡膠密封圈構成，該燃燒平臺是其上設置有多個圓孔的圓形板料，該投放窗口是由一帶方法蘭的管道、盲板及標準件組成，該進氣系統(tǒng)由氣源、進氣壓力表、進氣閥門、進氣導管以及細管組成，該排氣系統(tǒng)由排氣導管、過濾網(wǎng)、出口壓力表以及出口閥門組成；本發(fā)明結構簡單，使用方便，易于普及。
文檔編號G01P5/20GK101975871SQ201010293438
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者楊李, 楊甫江, 王召, 郭志輝 申請人:北京航空航天大學