一种观测多物理场耦合下液滴动态润湿性能的方法与装置

本发明属于液滴动态润湿观测，具体涉及一种观测多物理场耦合下液滴动态润湿性能的方法与装置。

背景技术：

1、润湿性能是液体物质对固体物质亲和性能的一种衡量，目前，在相关领域还没有观测物理场下液滴动态润湿性能的装置，只有针对液滴在磁场物理场中的运动控制，如授权公告号为cn113433043b的专利公开了一种四电磁线圈磁控式磁性液滴测试装置，其通过调节电磁线圈的磁场方向的位置来控制磁场力对液滴作用的方向和大小，进而控制微液滴按指定路线移动；申请公布号为cn110095252a的专利公开了磁性液滴加速器及其工作方法，能够对液滴加速，控制液滴的速度；申请公布号为cn114054107a的专利公开了一种开放式抗磁性液滴磁力操控方法，该专利基于磁场对抗磁流体的排斥作用和超滑表面的低粘滞特性，以超滑表面为基底，通过位移平台操控磁体运动实现液滴操控。以上专利均只关注了磁场对液体的操控，并没有提到磁场中液体动态润湿性能的检测，因此发明一种观测多物理场下的液滴动态润湿性能的方法和装置有利于微液滴的表征，对液体润湿性能的研究具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术不足，提出一种观测多物理场耦合下液滴动态润湿性能的方法与装置。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种观测多物理场耦合下液滴动态润湿性能的方法，其特征在于：具体如下：

4、步骤一、将水平设置的线圈两端通过两个线圈端盖固定在水平设置的底板上，且两个线圈端盖中部均开设有方孔；将直线模组一穿过线圈，并安装在两个方孔上，且直线模组一驱动隔热垫块水平平移；将加热平台固定在隔热垫块上，且加热平台内固定有等距布置且并联设置的三个电阻丝一，并位于三个电阻丝一的两个间隔位置处固定有电阻丝二和电阻丝三；将玻璃罩可拆卸固定在隔热垫块上，且玻璃罩罩住加热平台，玻璃罩的顶端开设有槽口一，靠近两个线圈端盖的两端均开设有槽口二；将两个双向丝杆模组对称安装在底板上位于线圈两端的位置处，每个双向丝杆模组驱动对称设置纤维固定件一和纤维固定件二水平相对或相背平移，且双向丝杆模组驱动纤维固定件一和纤维固定件二水平平移的方向垂直于直线模组一驱动隔热垫块水平平移的方向；将直线模组二安装在底板上位于两个双向丝杆模组中间的位置处，直线模组二驱动推板水平平移，且推板上开设有卡槽，直线模组二驱动推板水平平移的方向垂直于直线模组一驱动隔热垫块水平平移的方向；将相机一安装在底板上，且相机一与直线模组二位于线圈两侧，直线模组二基座靠近线圈的端部安装有夹持块，夹持块上开设有垂直于线圈且水平设置的圆柱孔，相机一的镜头与圆柱孔对齐；将位置调节机构安装在底板上，将相机二安装在位置调节机构上，并位于线圈的正上方，位置调节机构驱动相机二升降和水平平移，且位置调节机构驱动相机二的水平平移方向平行于直线模组一驱动隔热垫块水平平移的方向，相机二的镜头朝下设置。初始状态下，隔热垫块、玻璃罩和加热平台位于线圈外，每个双向丝杆模组上的纤维固定件一和纤维固定件二关于线圈中轴线所在的竖直面对称设置，推板位于直线模组二上远离夹持块的位置处。

5、步骤二、在注射器的注射筒内装入待试验液体，将注射器的注射筒水平安装在夹持块上的圆柱孔内，使注射器的针头正对相机一的镜头，并使注射器的活塞柄嵌入推板上的卡槽内；接着位置调节机构驱动相机二下降和水平平移，直至相机二的镜头靠近且对准针头针尖；然后取下玻璃罩。

6、步骤三、将工件放置在加热平台上，盖上玻璃罩；接着直线模组一驱动隔热垫块带动加热平台、玻璃罩和工件平移，直至槽口一位于针头针尖的正下方，此时工件位于针头针尖的正下方。

7、步骤四、直线模组二驱动推板带动注射器的活塞柄、活塞轴和活塞向靠近加热平台的方向水平平移预设距离，液滴从针头针尖滴落，并穿过槽口一落在工件表面，相机一从水平方向拍摄液滴在工件表面的轮廓变化，进而得到液滴在工件表面的接触角，相机二从竖直方向拍摄液滴在工件表面铺展时的形态变化，进而得到液滴在工件表面的铺展速度，从而通过铺展速度和接触角得到无物理场下液滴在工件表面的动态润湿性能。完成拍摄后，直线模组一驱动隔热垫块带动加热平台、玻璃罩和工件水平平移至原位，取下玻璃罩和工件。

8、步骤五、重复步骤三，且重复步骤三时使用新的未使用过的工件，接着使线圈通电形成磁场，然后重复步骤四，进而得到磁场下液滴在工件表面的动态润湿性能，最后使线圈断电。

9、步骤六、重复步骤三，且重复步骤三时使用新的未使用过的工件，接着使加热平台进行加热，然后重复步骤四，进而得到温度场下液滴在工件表面的动态润湿性能，最后使加热平台停止加热。

10、步骤七、重复步骤三，且重复步骤三时使用新的未使用过的工件，接着使线圈通电形成磁场，并使加热平台进行加热，然后重复步骤四，进而得到磁场和温度场耦合下液滴在工件表面的动态润湿性能，最后盖上玻璃罩，最后使线圈断电，并使加热平台停止加热。

11、步骤八、将两根纤维的一端固定安装在一个纤维安装装置的纤维固定件一和纤维固定件二上，另一端穿过两个方孔，并穿过两个槽口二，固定安装在另一个纤维安装装置的纤维固定件一和纤维固定件二上；接着直线模组一驱动隔热垫块带动加热平台、玻璃罩水平平移，直至槽口一位于针头针尖的正下方。

12、步骤九、直线模组二驱动推板带动注射器的活塞柄、活塞轴和活塞向靠近加热平台的方向水平平移预设距离，液滴从针头针尖滴落，穿过槽口一落在两根纤维的间距或交叉点上，相机一从水平方向拍摄液滴在两根纤维上的轮廓变化，得到液滴在两根纤维上的接触角，相机二从竖直方向拍摄液滴在两根纤维上铺展时的形态变化，得到液滴在两根纤维上的铺展速度，进而得到无物理场下液滴在两根纤维上的动态润湿性能。完成拍摄后，直线模组一驱动隔热垫块带动玻璃罩和加热平台水平平移至原位，两个双向丝杆模组同步驱动相应的纤维固定件一和纤维固定件二相对运动至原位，并取下两根纤维。

13、步骤十、重复步骤八，且重复步骤八时使用新的未使用过的两根纤维。

14、步骤十一、直线模组二驱动推板带动注射器的活塞柄、活塞轴和活塞向靠近加热平台的方向水平平移预设距离，液滴从针头针尖滴落，穿过槽口一落在两根纤维的间距或交叉点上，两个双向丝杆模组同步驱动相应的纤维固定件一和纤维固定件二相背运动，进而带动两根纤维的间距或夹角增大，液滴受到力的作用，同时相机一从水平方向拍摄液滴在两根纤维上的轮廓变化，得到液滴在两根纤维上的接触角，相机二从竖直方向拍摄液滴在两根纤维上铺展时的形态变化，得到液滴在两根纤维上的铺展速度，进而得到力场下液滴在两根纤维上的动态润湿性能。完成拍摄后，直线模组一驱动隔热垫块带动玻璃罩和加热平台水平平移至原位，两个双向丝杆模组同步驱动相应的纤维固定件一和纤维固定件二相对运动至原位，并取下两根纤维。

15、步骤十二、重复步骤十，接着使线圈通电形成磁场，然后重复步骤十一，进而得到磁场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能，最后使线圈断电。

16、步骤十三、重复步骤十，接着使加热平台进行加热，然后重复步骤十一，得到温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能，最后使加热平台停止加热。

17、步骤十四、重复步骤十，接着使线圈通电形成磁场，并使加热平台进行加热，然后重复步骤十一，得到磁场、温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能，最后使线圈断电，并使加热平台停止加热，位置调节机构驱动相机二移动至原位，直线模组二驱动推板向远离加热平台的方向水平平移至原位，取下注射器。

18、优选地，所述步骤五中，当线圈通直流电流时，产生恒定磁场，进而得到恒定磁场下液滴在工件表面的动态润湿性能，当线圈通脉冲电流时，产生脉冲磁场，进而得到脉冲磁场下液滴在工件表面的动态润湿性能。

19、优选地，所述步骤六中，当三个电阻丝一通电时，加热平台进行均匀加热，进而得到均匀温度场下液滴在工件表面的动态润湿性能，当电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，加热平台进行梯度加热，进而得到梯度温度场下液滴在工件表面的动态润湿性能。

20、优选地，所述步骤七中，当线圈通直流电流，三个电阻丝一通电时，产生恒定磁场，加热平台进行均匀加热，进而得到恒定磁场与均匀温度场耦合下液滴在工件表面的动态润湿性能，当线圈通直流电流，电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，产生恒定磁场，加热平台进行梯度加热，进而得到恒定磁场与梯度温度场耦合下液滴在工件表面的动态润湿性能；当线圈通脉冲电流，三个电阻丝一通电时，产生脉冲磁场，加热平台进行均匀加热，进而得到脉冲磁场与均匀温度场耦合下液滴在工件表面的动态润湿性能；当线圈通脉冲电流，电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，产生脉冲磁场，加热平台进行梯度加热，进而得到脉冲磁场与梯度温度场耦合下液滴在工件表面的动态润湿性能。

21、优选地，所述步骤十二中，当线圈通直流电流时，产生恒定磁场，进而得到恒定磁场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能；当线圈通脉冲电流时，产生脉冲磁场，进而得到脉冲磁场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能。

22、优选地，所述步骤十三中，当三个电阻丝一通电时，加热平台进行均匀加热，进而得到均匀温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能；当电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电，加热平台进行梯度加热，进而得到梯度温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能。

23、优选地，所述步骤十四中，当线圈通直流电流，三个电阻丝一通电时，产生恒定磁场，加热平台进行均匀加热，进而得到恒定磁场、均匀温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能；当线圈通直流电流，电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，产生恒定磁场，加热平台进行梯度加热，进而得到恒定磁场、梯度温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能；当线圈通脉冲电流，三个电阻丝一通电时，产生脉冲磁场，加热平台进行均匀加热，进而得到脉冲磁场、均匀温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能；当线圈通脉冲电流，电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，产生脉冲磁场，加热平台进行梯度加热，进而得到脉冲磁场、梯度温度场与力场耦合下液滴在两根纤维上的动态润湿性能。

24、本发明一种观测多物理场耦合下液滴动态润湿性能的方法所使用的装置，包括底板、磁热耦合装置、位置调节机构、液滴推进装置、纤维安装装置、相机一和相机二。

25、所述磁热耦合装置包括直线模组一、加热保温装置和线圈；所述线圈水平设置，线圈的两端通过竖直且平行设置的两个线圈端盖与水平设置的底板固定，且两个线圈端盖的中部均开设有方孔；直线模组一的基座两端与两个方孔的底端固定。所述加热保温装置包括隔热垫块、玻璃罩和加热平台，所述直线模组一驱动隔热垫块平移，玻璃罩可拆卸固定于隔热垫块上，且玻璃罩的顶端开设有槽口一，所述玻璃罩靠近两个线圈端盖的两端均开设有槽口二，加热平台固定于隔热垫块上，并位于玻璃罩内，且加热平台内固定有等距布置且并联设置的三个电阻丝一，并位于三个电阻丝一的两个间隔位置处固定有电阻丝二和电阻丝三。

26、所述液滴推进装置包括直线模组二、推板和夹持块；所述直线模组二设于底板上，并驱动推板水平平移，且推板的水平平移方向垂直于隔热垫块的水平平移方向，推板上开设有卡槽；所述夹持块固定于直线模组二的基座端部，并位于推板和线圈之间，且夹持块上开设有垂直于线圈且水平设置的圆柱孔。

27、所述纤维安装装置包括双向丝杆模组、纤维固定件一和纤维固定件二；所述双向丝杆模组设于底板上，并驱动纤维固定件一和纤维固定件二水平相向或相背平移，且纤维固定件一和纤维固定件二的水平平移方向垂直于隔热垫块的水平平移方向。所述底板上位于线圈的两端设有两个纤维安装装置，且两个纤维安装装置关于直线模组二对称设置。

28、所述相机一固定于底板上，且相机一和液滴推进装置设于线圈的两侧，相机一的镜头与圆柱孔对齐设置；所述位置调节机构设于底板上，驱动相机二升降和水平平移，且相机二位于线圈的正上方，相机二的镜头竖直朝下，相机二的水平平移方向平行于隔热垫块的水平平移方向。

29、优选地，所述纤维固定件一包括固定块和l型板，固定块可拆卸固定于l型板上，纤维固定件二的结构与纤维固定件一的结构完全一致，且纤维固定件二与纤维固定件一的l型板固定于相应双向丝杆模组的两个滑块上。

30、优选地，所述位置调节机构包括直线模组三和直线模组四，直线模组三竖直设于底板上，驱动直线模组四升降，直线模组四驱动相机二水平平移。

31、本发明具有以下有益效果：

32、1、本发明实现了多种单个物理场以及多种物理场耦合下液滴动态润湿性能的检测。具体地，本发明通过使线圈通电形成磁场或使加热平台进行加热形成温度场，进而能够实现磁场或温度场下液滴在工件表面或两根纤维上动态润湿性能的检测；本发明通过使两根纤维的间距或夹角增大，使液滴受到力的作用，进而能够实现力场下液滴在两根纤维上动态润湿性能的检测；本发明通过使线圈通电形成磁场，并使加热平台进行加热形成温度场，进而能够实现磁场与温度场耦合下液滴在工件表面或两根纤维上动态润湿性能的检测；本发明通过使两根纤维的间距或夹角增大，并使线圈通电形成磁场或使加热平台进行加热形成温度场，进而能够实现力场与磁场或温度场耦合下液滴在两根纤维上动态润湿性能的检测；本发明通过使两根纤维的间距或夹角增大，并使线圈通电形成磁场，使加热平台进行加热形成温度场，进而能够实现力场、磁场与温度场耦合下液滴在两根纤维上动态润湿性能的检测。进一步，本发明通过相机一从水平方向拍摄液滴的轮廓变化，得到液滴的接触角，通过相机二从竖直方向拍摄液滴铺展时的形态变化，得到液滴的铺展速度，进而通过接触角和铺展速度来评价液滴的动态润湿性能。

33、2、本发明使线圈通直流电流时，可以产生恒定磁场，使线圈通脉冲电流时，可以产生脉冲磁场，进而可以通过控制线圈所通电流的类型得到不同类型的磁场，从而可以实现不同类型磁场或不同类型磁场与其他物理场耦合下液滴动态润湿性能的检测；本发明通过在加热平台内固定等距布置的三个电阻丝一，并位于三个电阻丝一的两个间隔位置处固定有电阻丝二和电阻丝三，使三个电阻丝一通电时，可以实现加热平台的均匀加热，使电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一通电时，可以实现加热平台的梯度加热，进而可以实现不同类型温度场或不同类型温度场与其他物理场耦合下液滴动态润湿性能的检测。

34、3、本发明通过调整直流电流或脉冲电流的大小，可以实现对恒定磁场或脉冲磁场强度的调整，本发明通过调整通过三个电阻丝一或电阻丝二、电阻丝三和三个电阻丝一的电流大小，可以实现对加热平台进行均匀温度或梯度加热时加热温度大小的调整，本发明通过调整双向丝杆模组驱动相应纤维固定件一和纤维固定件二相背运动的速度，可以实现对两根纤维增大间距或夹角时的速度调整，进而可以实现对两根纤维上液滴受力大小的调整。