专利名称：一种发烟式示踪粒子发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发烟式示踪粒子发生器，它产生的烟雾可以为粒子图像测速 (PIV)、激光多普勒测速(LDV)等粒子示踪测量技术提供稳定有效的示踪粒子，尤其是空气 流动的测量。属于激光粒子测量技术领域。
背景技术：
由于具有高效、瞬时等优点，PIV、LDV等激光测量技术被越来越多地应用于液体和 气体的流动显示测量中。这些测量技术的关键在于通过散播示踪粒子来实现对速度的测 量，因此示踪粒子质量的好坏是决定测量结果的重要因素。为了能够真实反映各种复杂流 动并且获得良好的细节，示踪粒子必须具备良好的跟随性和光反射性以及恰当的浓度。目前国内使用的PIV系统很多都是从国外购买的，比如德国的LaVision等，并且 都附带有配套的粒子发生器。不过从国外购买的都比较昂贵，维修也不方便，加之国内没 有专门的企业生产粒子发生器，所以也有不少人采用自制的或者利用已有的设备来生成粒 子。一般来说，液体流动采用固体示踪粒子，比如三氧化二铝、二氧化钛或者玻璃珠等；气 体流动比如风洞或空气中的试验通常使用轻油热升华，或者用高速气流冲击产生的油滴颗 粒，目前国内公开发表的几种粒子发生器都属于这种类型。不过从实际使用的经验来看，这 类液体粒子发生器在工作时，雾化油滴对试验设备和测量窗口的污染比较严重，尤其是小 尺寸的有机玻璃制品，试验过程中不得不进行频繁清理，十分麻烦。
发明内容
1、目的本发明的目的是提供结构简单、使用方便的一种发烟式示踪粒子发生器， 它解决了现有技术的不足，产生的烟雾均勻稳定、质量高，完全可以作为PIV、LDV等激光测 量技术的示踪粒子，能够满足多种气体流动条件测量的要求。2、技术方案本发明一种发烟式示踪粒子发生器，它是由罐体、密封装置、燃烧平 台、投放窗口、进气系统和排气系统组成的。它们之间的位置连接关系是燃烧平台放置在罐体内中下部，密封装置通过标准件与罐体连接，进气系统和排 气系统穿过密封装置与罐体连通，其另一端分别与外接气源、测量通道相连；投放窗口设置 在罐体侧壁中上部，它通过管道与罐体连通。所述罐体是圆柱形容器，其上部敞开并配置连接用的法兰盘，其侧壁中上部开有 圆孔并通过它与投放窗口相连。所述密封装置由上盖板和橡胶密封圈构成；该上盖板是其上设置有螺栓孔的圆形 板料，其外径与罐体上部配置的法兰盘相同；该橡胶密封圈是圆环形状，可按照要求市购或 自制产品。所述燃烧平台是其上设置有多个圆孔的圆形板料，其外径稍小于罐体内径。孔的 数量按板的面积合理选定。所述投放窗口是由一带方法兰的管道、盲板及标准件组成；该带方法兰的管道与
3盲板通过标准件连接；该盲板是其上设置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸与管道的方法 兰相同；该投放窗口位于罐体侧面中上部，且位置高于燃烧平台。所述进气系统依次由气源、进气压力表、进气阀门、进气导管以及细管组成；该气 源可以根据实验室条件自行选择，压力可调，但应保证气流压力高于测量通道主气流压力， 压差为2_4KPa，以方便粒子流动；该进气压力表是精密压力表；该进气阀门是外螺纹截止 阀门，公称直径和公称压力可以根据实际情况自行选择，但应与进气导管的直径相配合；该 进气导管为铜管；该细管为铜管，末端封闭且周向布置一圈小孔，使空气沿水平面喷出。细 管的数量合理选定。所述排气系统依次由排气导管、过滤网、出口压力表以及出口阀门组成；该排气导 管与进气导管规格相同；该过滤网是普通的金属网，可以根据导管尺寸进行市购；该出口 压力表是精密压力表；该出口阀门是外螺纹截止阀门，参数规格与进气阀门一致。其中，该进气导管的直径为17_19mm ；其中，该细管的直径为7-9mm;其中，该进气压力表的量程为0-6MPa;其中，该出口压力表的量程为0_6MPa ；其中，该进气阀门的型号是J23W型；其中，该出口阀门的型号是J23W型。该粒子发生器的工作原理及流程如下将粒子生成物布置在燃烧平台上燃烧，保证罐体密封。进气导管穿过上盖板进入 罐体后连接数根细管，细管穿过燃烧平台至罐体下部，为燃烧提供空气同时参与粒子的释 放。测量时先关闭出口阀门并观察出口压力表读数，等粒子浓度合适后打开，粒子经过滤后 沿导管进入测量通道。粒子生成物为医用艾条，价格便宜，购买方便。艾条经过燃烧可以生成浓度较高的 烟雾。市场上标准的艾条长度为200mm，直径约为18mm，与燃烧平台的孔径相当；试验时，将 艾条切成小段，每段50mm，安静燃尽需要30分钟左右。艾条的投放有两种方式当粒子需 求量大时，将较多的艾条插在燃烧平台的通孔中点燃；若粒子需求量少则直接通过投放窗 口将点燃的艾条投放到平台上。3、优点及功效本发明的优点在于对设备的污染小，对人体不会造成伤害；能够 稳定持续地产生示踪粒子；粒子的浓度和数量可调；粒子质量好，能够很好地反映气体流 动；原料价格低廉；结构简单，使用方便，易于普及。
图1为发烟式示踪粒子发生器的工作原理示意图。图2为发烟式示踪粒子发生器的结构示意图。图3为燃烧平台的结构示意图。(a主视图；b俯视剖面图)图中符号说明如下1罐体；2上盖板；3燃烧平台；4投放窗口 ；5气源；6进气导管；7进气压力表；8进气阀门；9细管；10排气导管；11过滤网；12出口压力表；13出口阀门；14测量通道；15艾条；16橡胶密封圈。
具体实施例方式见图1、图2，本发明为一种发烟式示踪粒子发生器，它是由罐体1及密封装置、燃 烧平台3、投放窗口 4、进气系统和排气系统组成。它们之间的位置连接关系是燃烧平台3放置在罐体1内中下部，密封装置通过标准件与罐体1连接，进气系统 和排气系统穿过密封装置与罐体1连通，其另一端分别与外接气源5、测量通道14相连；投 放窗口 4设置在罐体1侧壁中上部，它通过管道与罐体1连通。所述罐体1是圆柱形容器，其上部敞开并配置连接用的法兰盘，其侧壁中上部开 有圆孔并通过它与投放窗口 4相连。所述密封装置由上盖板2和橡胶密封圈16构成；该上盖板2是其上设置有螺栓孔 的圆形板料，其外径与罐体1上部配置的法兰盘相同；该橡胶密封圈16是圆环形状，按照要 求市购。所述燃烧平台3是其上设置有多个圆孔的圆形板料，其外径稍小于罐体1内径。孔 径为18mm，孔的数量为25个，按圆板面积合理均勻分布。所述投放窗口 4是由一带方法兰的管道、盲板及标准件组成；该带方法兰的管道 与盲板通过标准件连接；该盲板是其上设置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸与管道的方 法兰相同；该投放窗口 4位于罐体1侧面中上部，且位置高于燃烧平台3。所述进气系统依次由气源5、进气压力表7、进气阀门8、进气导管6以及细管 9组成；该气源5为压力IMPa的低压气流；该进气压力表7是低压精密压力表，量程为 0-1. 6MPa ；该进气阀门8是J23W型外螺纹截止阀门，公称直径为8mm，公称压力为1. 6MPa ； 该进气导管6为铜管，直径为18mm，与阀门型号配合；该细管9为铜管，直径为8mm，末端封 闭且周向布置一圈小孔，使空气沿水平面喷出。细管9的数量为四根。所述排气系统依次由排气导管10、过滤网11、出口压力表12以及出口阀门13组 成；该排气导管10与进气导管6规格相同；该过滤网11是普通的金属网，可以根据排气导 管10的尺寸进行市购；该出口压力表12是低压精密压力表，量程为0-1. 6MPa ；该出口阀门 13是J23W型外螺纹截止阀门，参数规格与进气阀门8—致；图1所示为示踪粒子发生器的工作原理，即利用进出口两个阀门及两个压力表、 来调节和控制粒子的浓度。开始时，先关闭出口阀门，通过进口阀门控制进入罐体的气量， 让粒子生成物在罐体内封闭燃烧，产生粒子，等浓度适合时打开出口阀门即可释放粒子。可 以通过控制进气量来控制粒子生成物燃烧的时间，空气少，燃烧缓慢，发烟量少，适用于流 速小粒子需求量少的工况；空气多，燃烧迅速，发烟量大，适用于流速大粒子需求量多的工 况。图2所示为示踪粒子发生器的结构示意图，现结合该图详细介绍一下各部件的结 构和工作原理。粒子发生器的主体是一个罐体1，罐体1的尺寸可以根据试验设备尺寸以及 气流速度大小适当选取，根据已有设计，当空气流量为每小时10 50立方米时，底面内径 为260mm，高度为300mm。罐体1由橡胶垫圈16和上盖板2密封。燃烧平台3位于罐体1中部偏下的位置，由内壁面上设置好的凸起定位。材料可 以为钢板，厚度为5mm，直径为250mm。在板上打通孔，孔径为18mm，与艾条15的直径相当， 如图3所示。将艾条15切成小段，底部插在孔中，顶部燃烧，烧完后的残余物则掉落到罐底。通孔的数量为25个，按平板的面积均勻分布；实际操作时要控制艾条15的数量，保证气流 在罐体1内的自由流通，否则会导致燃烧不完全，造成浪费。对于燃尽和未燃尽的残余物， 可以在下次投放前清理。粒子投放窗口 4是位于罐体1侧面的方形窗口，相对位置要高于燃烧平台3。当粒 子数量需求较少时，可以直接采用这种投放方式，将艾条15投放到燃烧平台3上，然后密封 即可。当需要较多粒子时，应采用上文所述的将艾条15固定于通孔的投放方法。进气系统主要是为粒子的生成提供燃烧所需空气，也参与粒子的释放。依次由气 源5、进气压力表7、进口阀门8、进气导管6和细管9组成。进气导管6在穿过上盖板2后 连接四根细管9，细管9穿过燃烧平台3的通孔直至罐体1下部，为粒子生成物的燃烧和粒 子的释放提供空气。实际操作时，通过进气压力表7和进口阀门8来监测和控制进入罐体 1内的空气量，这样既可以控制粒子的浓度和数量，也可以控制艾条15燃烧的时间，可以满 足不同测量的要求。排气系统主要是为了释放粒子，依次由排气导管10、过滤网11、出口压力表12、出 口阀门13组成。排气导管10 —端穿过上盖板2进入罐体1，另一端连接测量通道14。过 滤网11可以滞留烟雾中的焦油物质以及大颗粒的杂质，起到过滤和保护压力表及阀门的 作用，但是要定期清理和更换。出口压力表12可以监测罐体1内粒子的压力，等粒子压力 满足测量要求时打开出口阀门13即可。出口阀门13也起着控制粒子浓度和数量的作用。整个结构的工作过程是先布置艾条15并将其点燃，密封罐体1和投放窗口 4并 保持进、出口阀门8、13关闭。打开进口阀门8，让适量气流进入罐体1参与燃烧。经过一段 时间的稳定燃烧后，观察出口压力表12，待罐体1内部压力合适后打开出口阀门13，释放粒 子。如果暂时不需要粒子，应关闭出口阀门13。
权利要求
一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于它是由罐体及密封装置、燃烧平台、投放窗口、进气系统和排气系统组成，它们之间的位置连接关系是燃烧平台放置在罐体内中下部，密封装置通过标准件与罐体连接，进气系统和排气系统穿过密封装置与罐体连通，其另一端分别与外接气源、测量通道相连；投放窗口设置在罐体侧壁中上部，它通过管道与罐体连通；所述罐体是圆柱形容器，其上部敞开并配置连接用的法兰盘，其侧壁中上部开有圆孔并通过它与投放窗口相连；所述密封装置由上盖板和橡胶密封圈构成；该上盖板是其上设置有螺栓孔的圆形板料，其外径与罐体上部配置的法兰盘相同；该橡胶密封圈是圆环形状，按照要求市购或自制；所述燃烧平台是其上设置有多个圆孔的圆形板料，其外径小于罐体内径，孔的数量按板的面积选定；所述投放窗口是由一带方法兰的管道、盲板及标准件组成；该带方法兰的管道与盲板通过标准件连接；该盲板是其上设置有螺栓孔的方形板料，其外形尺寸与管道的方法兰相同；该投放窗口位于罐体侧面中上部，且位置高于燃烧平台；所述进气系统依次由气源、进气压力表、进气阀门、进气导管以及细管组成；该气源根据实验室条件自行选定，压力可调，但应保证气流压力高于测量通道主气流压力，压差为2 4KPa，以方便粒子流动；该进气压力表是精密压力表；该进气阀门是外螺纹截止阀门，公称直径和公称压力可以根据实际情况选定，但应与进气导管的直径相配合；该进气导管为铜管；该细管为铜管，末端封闭且周向布置一圈小孔，使空气沿水平面喷出，细管的数量依据燃烧平台的尺寸选定；所述排气系统依次由排气导管、过滤网、出口压力表以及出口阀门组成；该排气导管与进气导管规格相同；该过滤网是普通的金属网，可以根据导管尺寸市购；该出口压力表是精密压力表；该出口阀门是外螺纹截止阀门，参数规格与进气阀门一致。
2.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该进气导管的直 径为 17-19mm。
3.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该细管的直径为 7-9mm。
4.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该进气压力表的 量程为0-6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该进气阀门的型 号是J23W型。
6.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该出口压力表的 量程为0-6MPa。
7.根据权利要求1所述的一种发烟式示踪粒子发生器，其特征在于该出口阀门的型 号是J23W型。
全文摘要
一种发烟式示踪粒子发生器，它是由罐体及密封装置、燃烧平台、投放窗口、进气系统和排气系统组成，其位置连接关系是燃烧平台放置在罐体内中下部，密封装置通过标准件与罐体连接，进气和排气系统穿过密封装置与罐体连通，其另一端分别与外接气源、测量通道相连；投放窗口设置在罐体侧壁中上部，它通过管道与罐体连通。该罐体是圆柱形容器，该密封装置由上盖板和橡胶密封圈构成，该燃烧平台是其上设置有多个圆孔的圆形板料，该投放窗口是由一带方法兰的管道、盲板及标准件组成，该进气系统由气源、进气压力表、进气阀门、进气导管以及细管组成，该排气系统由排气导管、过滤网、出口压力表以及出口阀门组成；本发明结构简单，使用方便，易于普及。
文档编号G01P5/20GK101975871SQ201010293438
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者杨李, 杨甫江, 王召, 郭志辉 申请人:北京航空航天大学