一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置及方法

1.本发明属于颗粒力学与流体力学领域，具体的说，涉及一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置及方法。


背景技术：

2.吸附流常见于农业工程、气力输送、生物制药等多领域，在这些领域当中，颗粒大多数以非球形的形状出现，非球形颗粒独特的形状和取向特征使得其受流体所产生的影响比球形颗粒更加要复杂，与球形颗粒相比，非球形颗粒在气流场中所受到的吸附力具有明显差异。目前所存在的吸附力测量方法多基于间接测量的方法，利用垂直安装的吸孔体靠近水平面上的颗粒，当吸孔处的风压到达一定数值时，使得颗粒所受吸附力与重力到达平衡，颗粒有向上吸附的趋势。而目前用于直接测量颗粒所受吸附力的水平卧式测量装置存在风压限制问题。
3.目前国内的常规吸附力测定方法及装置存在以下几方面问题：1)采用间接测量方式测量吸附力，颗粒在吸附过程中，作用在颗粒上的力并不平衡，测量精度较低，且非球形颗粒的取向特征无法调整，难以探究颗粒取向特征对吸附力的影响。
4.2) 目前直接测量装置采用水平卧式测量，其颗粒受力并不平衡，高负压下容易出现颗粒抖动问题，使得测得的实际吸附力值会有较大误差。
5.3) 目前吸附力数值计算方法常认为吸附力是曳力或压力梯度力，这种计算观点缺乏实际验证。
6.因此，有必要提供一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，为进一步探究吸附流中非球形颗粒所受吸附力随各因素变化规律奠定基础。


技术实现要素：

7.为了克服背景技术中存在的常规吸附力测定方法及装置测量精度较低，测得的实际吸附力值会有较大误差，难以探究颗粒取向特征对吸附力的影响等问题，本发明提供了一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，操作方便、结构稳定，可以测量任意负压、颗粒位置和颗粒取向下非球形颗粒所受吸附力。
8.为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：本发明提供了一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置，包括可换吸孔体1、透明圆筒2、基座3、yz轴位移台4、连接板5、称重传感器6、整流网7、颗粒支撑杆8、风机系统10；所述的透明圆筒2底部开口并设置有整流网7，可换吸孔体1安装在透明圆筒2的顶部并连通透明圆筒2内腔，透明圆筒2垂直安装于基座3上端环形挡板内，可换吸孔体1上端连接有风机系统10。
9.所述的yz轴位移台4固定安装于基座3下端圆盘上，连接板5安装于yz轴位移台4上，连接板5上安装有称重传感器6，颗粒支撑杆8竖直安装在称重传感器6顶端，并穿过整流
网7且顶端与可换吸孔体1相对应，待测非球形颗粒9固定连接在颗粒支撑杆8顶端。
10.作为优选，所述的可换吸孔体1与透明圆筒2的连接处设置有密封圈。
11.作为优选，所述的整流网7上均布有六边形孔。
12.作为优选，所述的基座3下端圆盘上设置有一个凹槽，yz轴位移台4底部螺纹安装在凹槽内。
13.作为优选，所述的yz轴位移台4由两个燕尾槽滑台组成，滑台上设置有刻度尺，可通过旋钮调整位移台位移大小，滑台的y、z方向位移变化带动待测非球形颗粒9的空间位置改变，滑台侧面安装有锁紧机构可对位移进行固定，滑台正面设置有螺纹孔用于固定连接。
14.作为优选，所述的颗粒支撑杆8下端设置有外螺纹，颗粒支撑杆8通过其下端的外螺纹与称重传感器6螺纹连接。
15.作为优选，所述的风机系统10包括离心风机11和风压计12,离心风机11通过管路与可换吸孔体1连接，管路上设置有风压计12。
16.一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置的测量方法，其测量步骤为：1）将测量装置安装完毕后，读取称重传感器6的数值，记为m1;2）打开离心风机11，调节离心风机11转速，使风压计12上的显示值到达某一数值；3）读取称重传感器6的数值，记为m2；通过m1、m2的差值即可求得非球形颗粒所受到的吸附力fs，即吸附力fs= m
1-m
2 。
17.本发明的有益效果：本发明操作方便、结构稳定，可以测量任意负压、颗粒位置和颗粒取向下非球形颗粒所受吸附力，为进一步探究吸附流中非球形颗粒所受吸附力随各因素变化规律奠定了基础。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的颗粒受力示意图。
19.图中，1-可换吸孔体、2-透明圆筒、3-基座、4-yz轴位移台、5-连接板、6-称重传感器、7-整流网、8-颗粒支撑杆、9-待测非球形颗粒、10-风机系统、11-离心风机、12-风压计。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
21.如图1-2所示，所述的非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置包括可换吸孔体1、透明圆筒2、基座3、yz轴位移台4、连接板5、称重传感器6、整流网7、颗粒支撑杆8、风机系统10；所述的透明圆筒2底部开口并设置有整流网7，整流网7上均布有六边形孔，透明圆筒2的顶面中部留有一个通孔，可换吸孔体1安装在透明圆筒2的顶部通孔处并连通透明圆筒2内腔，可换吸孔体1与透明圆筒2的连接处设置有密封圈，保证可换吸孔体1安装的密闭性，透明圆筒2垂直安装于基座3上端环形挡板内，可换吸孔体1上端连接有风机系统10。
22.所述的基座3下端圆盘上设置有一个凹槽，yz轴位移台4底部螺纹安装在凹槽内，保证yz轴位移台4安装的稳定性，通过螺栓连接可以方便的对yz轴位移台4进行安装拆卸，
连接板5安装于yz轴位移台4上，连接板5上安装有称重传感器6，颗粒支撑杆8竖直安装在称重传感器6顶端，并穿过整流网7且顶端与可换吸孔体1相对应，待测非球形颗粒9固定连接在颗粒支撑杆8顶端，待测非球形颗粒9可以是任意形状、任意取向，根据需求进行调整。
23.所述的yz轴位移台4由两个燕尾槽滑台组成，滑台上设置有刻度尺，可通过旋钮调整位移台位移大小，滑台的y、z方向位移变化带动待测非球形颗粒9的空间位置改变，刻度尺的设置可以方便的准确的调节特定距离，滑台侧面安装有锁紧机构可对位移进行固定，滑台正面设置有螺纹孔用于固定连接。
24.所述的颗粒支撑杆8下端设置有外螺纹，颗粒支撑杆8通过其下端的外螺纹与称重传感器6螺纹连接，方便颗粒支撑杆8与称重传感器6之间的安装拆卸。
25.所述的风机系统10包括离心风机11和风压计12,离心风机11通过管路与可换吸孔体1连接，管路上设置有风压计12，通过风压计12显示离心风机11负压大小，根据风压计12的显示数值调节离心风机11风压。
26.一种非球形颗粒在吸孔处所受吸附力的测量装置的测量步骤为：1）将测量装置装配好后，调节yz轴位移台4，使得待测非球形颗粒9到达吸孔附近所需位置，将锁紧机构锁紧，固定颗粒此时的空间位置；2）将称重传感器6通电，此时传感器输出数值为颗粒支撑杆8和待测非球形颗粒9的重量，初始值记为m1；3）打开离心风机11，调节风机转速，使得风压计12上的显示值到达所需负压大小，开始试验，待称重传感器6显示数值平稳后，记录试验值m2；4）将初始值m1与试验值m2做差，即可得到颗粒受到的吸附力fs，即吸附力fs= m
1-m2。
27.本发明操作方便、结构稳定，可以测量任意负压、颗粒位置和颗粒取向下非球形颗粒所受吸附力，为进一步探究吸附流中非球形颗粒所受吸附力随各因素变化规律奠定了基础。
28.最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。