发明内容

本发明的目的是制备一种新型PIV示踪粒子，该PIV示踪粒子以水、氦气/氢气为材料，结构为包含大量纳米级空穴的微米级小液滴。PIV示踪粒子的粒度为1μm-5μm，密度为0.80g/cm3～0.95g/cm3，粒度分布较窄，同时具有良好的流场跟随性以及光散射特性，此外该新型PIV示踪粒子的制备成本较低。

本发明的另一目的是提出一种制备新型PIV示踪粒子的方法。其中通过纳米气泡发生器降低液体的密度，然后通过超声雾化装置把氦气/氢气纳米气泡溶液雾化为小液滴，使其具有良好的流场跟随性；其中干燥腔持续通入干燥热空气作为干燥介质，进一步降低了小液滴的直径，提高了示踪粒子的流场跟随性；此外微米液滴内部大量纳米级的空穴增强了对光的反射，使光很难透射，从而使示踪粒子具有良好的光散射特性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备装置，包括干燥腔、管路阀门、风机、高压氦气/氢气瓶、纳米气泡发生器、温度传感器、超声雾化装置、干燥管和热风机；高压氦气/氢气瓶通过纳米气泡发生器的进气口持续提供气源，同时通过纳米气泡发生器的进水口供水，进而生成氦气/氢气纳米气泡溶液，再通过超声雾化装置进行雾化，喷入干燥腔中，热风机通过干燥管向干燥腔中通入干燥的空气；雾化形成的小液滴在干燥气体环境中下落，最终形成粒径在1μm～5μm之间的液滴；形成的液滴在风机的作用下持续输送至气流场测试段；此外可以根据干燥腔上的温度传感器显示的温度来调节热风机，使干燥腔处于合适的温度范围内(50℃至90℃)。

本发明一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备装置，其中的纳米气泡发生器按照工作原理可以分为文丘里管法、超声空化法和机械剪切法。由于机械剪切法成本较低，生产效率高，在工业界得到了广泛的应用。本发明采用机械剪切法纳米气泡发生器来生产纳米气泡溶液。机械剪切法是指当把气体通入液体中，由于气液两相的存在，液体中就会产生大气泡，大气泡再经过叶片、螺纹等部件的高速搅拌和剪切，进而形成了纳米气泡。纳米气泡发生器的气体流量范围可以为0.1L/h-0.5L/h，液体流量范围可以为1L/h-3L/h。纳米气泡发生器的使用降低了液体的密度，使后续生成的小液滴具有良好的流体跟随性。

本发明一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备装置，其中的超声雾化装置分为压电式超声雾化装置和流动力式超声雾化装置。衡量雾化器雾化性能的重要指标是雾滴索特平均直径和雾滴直径分布。本发明所用超声雾化装置每小时的雾化量为100ml/h-200ml/h，该装置的索特平均直径范围为3μm-7μm，雾滴直径范围为1μm-10μm。超声雾化装置把氦气/氢气纳米气泡溶液雾化为小液滴，进一步提高了其流场跟随性。

本发明一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备装置，其中的干燥腔包括锥形顶盖、圆柱状本体和便于收集液滴的锥形底盖三个部分。超声雾化装置安装在顶盖的上端，干燥管入口分别安装在顶盖下端的圆锥面和圆柱状本体上。

本发明一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备装置，其中的温度传感器安装于干燥腔的圆柱状本体上，该温度传感器需要测量的温度范围在0℃～100℃之间。

本发明为一种新型PIV示踪粒子制备装置，其对应一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备方法的操作步骤为：

第一步，打开高压氦气/氢气瓶的阀门，通过纳米气泡发生器的进气口持续提供气源，同时通过纳米气泡发生器的进水口供水，在纳米气泡发生器的作用下进而生成氦气/氢气纳米气泡溶液；

第二步，打开超声雾化装置对氦气/氢气纳米气泡溶液进行雾化，并喷入干燥腔中；

第三步，超声雾化装置形成的小液滴在干燥腔内下落干燥，进而形成更小粒径的液滴；

第四步，打开管路开关，干燥腔内形成的粒径在1μm-5μm液滴在风机的作用下持续输送送至气流场测试段。

本发明一种基于纳米气泡技术的气流场PIV示踪粒子制备方法，在第三步中增加热风机通过干燥管向干燥腔中通入干燥的空气，干燥腔的温度范围在0℃～100℃之间。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.通过纳米气泡发生器降低液体的密度，然后通过超声雾化装置把氦气/氢气纳米气泡溶液雾化为小液滴，使其具有良好的流场跟随性；

2.内部大量纳米级的空穴增强了对光的反射，使光很难透射，从而使示踪粒子具有良好的光散射特性。

3.完成实验后，将温度升高，由水生成的小液滴会升华和蒸发，不会污染实验环境。