一种平面射流制作装置的制作方法

1.本发明涉及平面射流技术领域，尤其涉及一种平面射流制作装置。


背景技术：

2.1961年，英国物理学家杰弗里
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泰勒(taylor.geoffrey)提出了平面射流制作方法：将两个相同的圆柱形液体射流以一定夹角碰撞，得到一个方向垂直于两个圆柱形液体射流所在平面的平面射流(也称扁平射流、液体板、液体薄片、液体薄膜、液体膜等)。根据此方法制作平面射流要求圆柱形液体要足够细，直径需达到毫米级甚至微米级，进而要求用于塑造圆柱形液体的试管的内径需达到毫米级甚至微米级，内径为毫米级的试管已经很常见，而内径为微米级的试管，因工艺难度大，一般厂家无法生产，需要付出高昂费用向特定厂家定制，导致制作成本高；且要求两个圆柱形液体具备固定夹角并共面、具备相等且稳定的流速，否则，圆柱形液体可能不相遇，即便相遇，也会因为速度紊乱，导致湍流发生，难以形成稳定的平面射流，进而要求对两个试管进行精准定位，现有技术一般采用压变推动杆件对试管的位置和方向进行毫米甚至纳米量级的微调，以将两个圆柱形液体进行高度对齐，而压变推动杆价格昂贵，进一步推高平面射流的制作成本，且压变推动杆具有特定制作规格，需要将其它器件设计成与压变推动杆相匹配，增加了制作工序和制作成本，更进一步推高平面射流的制作成本。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种平面射流制作装置，用于解决现有技术中用于制作平面射流的装置的制作成本高的技术问题。
4.本发明提供的一种平面射流制作装置，包括：
5.导管和喷头；
6.该喷头设置有楔形槽、通孔和漏斗槽；
7.该通孔的一端贯穿该楔形槽的底部，另一端贯穿漏斗槽的较小端，该通孔的轴心线与该漏斗槽的轴心线共线，该楔形槽的两个对称斜面与该通孔的轴心线构成的夹角相等；
8.该喷头相适配地套设于该导管的出液端，该通孔的轴心线与该导管的轴心线共线，该楔形槽靠近该导管的进液端，该漏斗槽的较大端与该导管的端面平齐。
9.在第一种可能实现的装置中，该通孔的孔口形状为圆形、方形或菱形。
10.在第二种可能实现的装置中，该导管为圆形直导管。
11.结合第二种可能实现的装置，在第三种可能实现的装置中，该楔形槽的槽宽小于该导管的内径。
12.在第四种可能实现的装置中，该楔形槽为沿垂直于该通孔的轴心线的方向延伸的通槽。
13.在第五种可能实现的装置中，该导管和该喷头由金属材料制成。
14.结合上述任一种可能实现的装置，在第六种可能实现的装置中，还包括：
15.用于控制液体流速的液流控制器；
16.该液流控制器的输出端与该导管的进液端连通。
17.在第七种可能实现的装置中，还包括：
18.液体缓冲器；
19.该液体缓冲器的输入端与该液流控制器的输出端连通，该液体缓冲器的输出端与该导管的进液端连通。
20.在第八种可能实现的装置中，还包括：
21.用于盛装液体的器皿；
22.该导管位于该器皿的上方，该器皿的开口与该漏斗槽的较大端对应；
23.该器皿与该液流控制器的输入端连通。
24.在第九种可能实现的装置中，该漏斗槽替换为半球槽。
25.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
26.本发明提供的平面射流制作装置设置有导管和喷头；喷头设置有楔形槽、通孔和漏斗槽；通孔的一端贯穿楔形槽的底部，另一端贯穿漏斗槽的较小端，通孔的轴心线与漏斗槽的轴心线共线，楔形槽的两个对称斜面与通孔的轴心线构成的夹角相等；喷头相适配地套设于导管的出液端，通孔的轴心线与导管的轴心线共线，楔形槽靠近导管的进液端，漏斗槽的较大端与导管的端面平齐。液体经导管引导，从进液端流向出液端，到达喷头时，经楔形槽两个对称斜面的引导形成两条向通孔流动的水柱，两条水柱在通孔发生碰撞形成垂直于两条水柱所在平面的平面射流，平面射流经漏斗槽引导形成形状稳定的、足够薄的平面射流。本装置结构简单，制作工艺简单，且对制作精度要求低，易于制造，制作成本低。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
28.图1为本发明实施例示出的一种平面射流制作装置的局部剖视图；
29.图2为本发明实施例示出的一种平面射流制作装置的另一局部剖视图；
30.图3为本发明实施例示出的喷头的结构示意图；
31.图4为本发明实施例示出的喷头的另一结构示意图；
32.图5为本发明实施例示出的一种平面射流制作装置的结构示意图；
33.其中：
34.1、导管
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2、喷头
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21、楔形槽
35.211、斜面
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22、通孔
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23、漏斗槽
36.3、液流控制器
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4、液体缓冲器
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5、器皿
37.6、平面射流。
具体实施方式
38.本发明实施例提供了一种平面射流制作装置，用于解决的技术问题是现有技术中用于制作平面射流的装置的制作成本高。
39.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
42.根据平面射流制作要求，制作出平面射流足够大，足够薄而又稳定的平面射流装置属于优良装置，现有的制作优良的装置包括双管平面射流装置、单管平面射流装置和三管平面射流装置。前述装置均可以产出质量优良的平面射流并达到实验要求，不过，这些装置的共同缺点是制作工艺复杂、装置要求规格要求高，从而使得制作成本高。
43.请参阅图1-5，本发明实施例提供的一种平面射流制作装置，包括：
44.导管1和喷头；喷头设置有楔形槽21、通孔22和漏斗槽23；通孔22的一端贯穿楔形槽21的底部，另一端贯穿漏斗槽23的较小端，通孔22的轴心线与漏斗槽23的轴心线共线，楔形槽21的两个对称斜面211与通孔22的轴心线构成的夹角相等；喷头相适配地套设于导管1的出液端，通孔22的轴心线与导管1的轴心线共线，楔形槽21靠近导管1的进液端，漏斗槽23的较大端与导管1的端面平齐。
45.需要说明的是：导管1用于引导液体形成一条流入喷头的水柱，其具有通道截面形状、面积统一的液体通道，液体通道的一端为出液端，另一端为进液端，通道截面的形状不作限定，可以为圆形、方形等。
46.楔形槽21用于引导从导管1流入喷头的水柱形成两条构成一定夹角的水柱，其具有两个平面对称的斜面211，两个斜面211的下端通过平面或弧面连接形成楔形槽21的底部，两个斜面211间的间距越靠近底部越小，如此，液体在两个斜面211的引导下形成两条构成一定夹角的水柱。
47.通孔22的一端连通楔形槽21的底部，另一端连通漏斗槽23的较小端，以连通楔形槽21和漏斗槽23，其与楔形槽21的两个斜面211对应，以让两条水柱可直接流入通孔22，如此，由两个斜面211引导形成的两个水柱在通孔22发生碰撞，从而形成一个方向垂直于两个水柱所在平面的平面射流6，通孔22的孔口形状不作具体限定，可以为圆形、方形、菱形等。
楔形槽21的两个对称斜面211与通孔22的轴心线构成的夹角相等，即通孔22的轴心线位于两个斜面211的对称平面上
48.漏斗槽23用于对平面射流6进行塑形，以让从通孔22射出的平面射流6在漏斗槽23的引导下形成形状稳定的平面射流6，漏斗槽23即内径线性变小(或变大)的圆形凹槽，漏斗槽23的较小端即内径最小的一端，较大端即内径最大的一端，其中，较小端的与通孔22连通，形成与通孔22孔口一致的端口。
49.喷头容置于导管1的出液端，喷头与导管1气密连接，以确保液体流向依次为进液端、楔形槽21、通孔22和漏斗槽23。
50.本实施例的有益效果包括：
51.本发明提供的平面射流制作装置设置有导管1和喷头；喷头设置有楔形槽21、通孔22和漏斗槽23；通孔22的一端贯穿楔形槽21的底部，另一端贯穿漏斗槽23的较小端，通孔22的轴心线与漏斗槽23的轴心线共线，楔形槽21的两个对称斜面211与通孔22的轴心线构成的夹角相等；喷头相适配地套设于导管1的出液端，通孔22的轴心线与导管1的轴心线共线，楔形槽21靠近导管1的进液端，漏斗槽23的较大端与导管1的端面平齐。液体经导管1引导，从进液端流向出液端，到达喷头时，经楔形槽21两个对称斜面211的引导形成两条向通孔22流动的水柱，两条水柱在通孔22发生碰撞形成垂直于两条水柱所在平面的平面射流6，平面射流6经漏斗槽23引导形成形状稳定的、足够薄的平面射流6。通过导管1和喷头的配合即可形成平面射流6，装置结构简单，制作工艺简单，且对制作精度要求低，易于制造，制作成本低。
52.采用该装置，可获得面积足够大(约宽20mm，长30mm)、厚度足够小(0.01-1mm)的平面射流6。
53.可通过控制液体流速，轻易实现平面射流6的厚度和面积大小控制，以适应不同的试验场景，通用性高。
54.以上已对平面射流制作装置的必要技术特征进行说明，为了便于理解，以下结合示例作进一步说明，为了便于描述和理解，文中以漏斗槽23所在侧为下方进行说明。
55.通孔22的一种优选实施例：通孔22的孔口形状为圆形。平面射流6的形成要求两个呈一定夹角、共面的水柱碰撞，相撞后，在水平方向动量为零，水平速度为零，根据能量守恒，水柱水平方向动能转化为方向垂直于两水柱所在平面的动能，在该动能的作用下，形成平面射流6，两碰撞水柱的横截面面积越小，所得到平面射流6的厚度越薄，在通孔22孔口边长一定的前提下，圆的面积最小，所以通过采用圆形通孔22可获得更薄的平面射流6，同时，圆形通孔22的制作工艺更简单，可降低制造成本。示例性的：楔形槽21的两个斜面211通过一个向下凹的圆弧面连接，圆弧面与两个斜面211的下端相切连接；通孔22为圆形通孔22，其孔径稍大于两个斜面211之间的最下间隔，且其孔径等于漏斗槽23的最小内径，且其孔径小于导管1的内径。
56.导管1的一种优选实施方式：导管1为圆形直导管1。示例性的：导管1为直圆筒结构，其上端为进液端，其下端为出液端；喷头为从上至下依次开设有楔形槽21、通孔22和漏斗槽23的圆柱体结构，圆柱体结构的直径稍小于直圆筒结构的内径，以可将喷头以楔形槽21朝上的方式快速插入导管1的下端，为了避免液体从导管1和喷头之间的缝隙漏出，在确保通孔22轴心线与导管1的轴心线共线、喷头下端与导管1下端平齐的情况下，在缝隙中填
入环氧树脂确保喷头与导管1的气密连接。
57.楔形槽21的一种优选实施方式：楔形槽21为沿垂直于通孔22的轴心线的方向延伸的通槽。通过将楔形槽21设置成通槽，便于对楔形槽21的加工，降低加工难度。经试验发现，两个斜面211所构成的夹角越大，平面射流6的形状越圆，两个斜面211所构成的夹角越小，平面射流6的形状呈现为扁长的椭圆形，可根据实际所需设置两个斜面211所构成的夹角。示例性的：楔形槽21为延伸方向垂直于通孔22的轴心线的楔形通槽，楔形槽21的槽宽小于导管1的内径，即两个斜面211之间的最大间隔小于导管1的内径。
58.优选的：导管1和喷头由金属材料制成。需要注意的是，需对导管1喷头的表面进行打磨清洗，清除锈迹和毛刺，并对液体流经的各个表面清洗，清洗后用酒精冲洗，吹干，避免铁锈或其它杂质把通孔22堵塞。示例性的：采用不锈钢材料制作导管1和喷头2。当然，也可采用铝合金、铜等其它金属材料替换不锈钢。
59.具体的：平面射流制作装置还包括用于控制液体流速的液流控制器3；液流控制器3的输出端与导管1的进液端连通。通过设置液流控制器3控制液体流速，而通过控制液体流速控制平面射流6的厚度和面积大小，以满足不同的实验场景。根据质量守恒，单位时间通孔22流出的液体质量等于平面射流6的质量，所以有以下公式：
[0060][0061]
其中：d为通孔22的内径；v0为液体流速；ρ为液体的密度；v为平面射流6的流速；r为平面射流6任意一点与水柱相撞点的距离；h为平面射流6的厚度；为方位角。在实际情况中，平面射流6上不同点的流速和厚度均不相同，不过差异极小，如果假设平面射流6各点处的流速和厚度一致，那么，液体流速v0、平面射流6的面积s和平面射流6的厚度h的数学关系可以简化为：
[0062][0063]
根据简化后的数学关系控制液体流速即可获得所需大小和所需厚度的平面射流6。在此不对液流控制器3作具体限定，任何可控制液体流速的器件均可采用。
[0064]
具体的：平面射流制作装置还包括液体缓冲器4；液体缓冲器4的输入端与所述液流控制器3的输出端连通，液体缓冲器4的输出端与导管1的进液端连通。通过设置液体缓冲器4，保护整体装置的同时，可以使得液体流速稳定，形成的平面射流6也稳定。在此，不对液体缓冲器4作具体限定，任何可使液体流速稳定的器件均可采用。
[0065]
具体的：平面射流制作装置还包括：用于盛装液体的器皿5；导管1位于器皿5的上方，器皿5的开口与漏斗槽23的较大端对应；器皿5与液流控制器3的输入端连通。通过在平面射流6的下端设置对应器皿5承接由平面射流6汇聚成的液流，然后通过将液体重新输入导管1的进液端，形成循环。
[0066]
示例性的：器皿5为开口与漏斗槽23对应的烧杯；烧杯的底部通过软管与液流控制器3的输入端连通，液流控制器3的输出端通过软管与液体缓冲器4的输入端连通，液体缓冲器4的输出端通过软管与导管1的进液端连通。液体的循环路径为：导管1进液端—喷头的楔形槽21—通孔22—漏斗槽23—烧杯—液流控制器3—液体缓冲器4—导管1进液端。
[0067]
可选的：可将上述实施例中的漏斗槽23替换为半球槽，半球槽即内径按一定曲率变化圆形凹槽，半球槽的最小内径等于通孔22的内径。
[0068]
每个示例重点说明的都是与其他示例的不同之处，各个示例之间相同相似部分互相参见即可。
[0069]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。