專利名稱：基于v型結構的自推進裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種基于萊頓弗羅斯特(Leidenfrost)現(xiàn)象的自推進裝置， 尤其涉及的是一種基于V型結構的自推進裝置。
背景技術：
Leidenfrost現(xiàn)象是一個經(jīng)典的熱學現(xiàn)象，即高溫表面與液滴之間產(chǎn)生一層過熱的蒸汽膜將液滴托起，同時起到熱絕緣的作用，以致沸液與壁面之間要依靠氣體膜兩側溫度差傳熱。高溫表面的溫度要超過相應液體的“Leidenfrost溫度”(LT)時才能發(fā)生這種膜沸騰傳熱。此時發(fā)生了所謂“Leidenfrost現(xiàn)象”，在酒精液滴與熱金屬板之間形成了一層2mm至3mm的蒸汽層將液滴完全懸浮于金屬板之上。2006年美國俄勒R州立大學的研究者們稱把通常Leidenfrost現(xiàn)象中所用的平面金屬板換成鋸齒形表面的金屬板后，發(fā)現(xiàn)水滴在這種金屬板上不再向各個方向跳來跳去，而是基本選擇一個方向跳動。但是如何定量的觀測水滴在金屬板上的運動，目前尚無完善的裝置。
實用新型內(nèi)容實用新型目的本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于V 型結構的自推進裝置，能夠在室溫下穩(wěn)定的產(chǎn)生自推進效應，并且可以對這種液體自推進效應進行定量的研究。技術方案本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本實用新型包括底板、隔熱底座、傳熱臺、加熱器和V型槽；其中隔熱底座設置于底板上，傳熱臺位于隔熱底座上，加熱器設置于傳熱臺內(nèi)，V型槽設置于傳熱臺上。所述V型槽是橫截面為V型的金屬槽，V型夾角為30° 150°。所述V型槽為銅制成，V型槽上設有鍍鉻涂層，可以防止其他溶液與銅表面反應而損害V型槽。所述V型槽的內(nèi)壁沿徑向設有平行的凸起，凸起能夠使得槽內(nèi)的液體運動方向一致。為了使得自推進效果較好，所述凸起的橫截面為直角三角形。所述直角三角形與V型槽的內(nèi)壁垂直的直角邊為0. 2 0. 3mm，另一直角邊為 1. 0 1. 5mm。所述底板上設有高低調節(jié)裝置，可以保持裝置的水平或使V型槽的運動軌道保持一定的角度。所述加熱器上設有熱偶溫度計，可以讓裝置保持溫度穩(wěn)定。有益效果本實用新型相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點本實用新型通過較大功率加熱器可在室溫條件下短時間內(nèi)達到試驗溫度，從而使液體可獲得穩(wěn)定的自推進現(xiàn)象；裝置接觸面進行了鍍鉻處理避免了其他溶液與銅表面反應而損害表面；V型結構相較于傳統(tǒng)平面結構而言有效提高了液滴自推進過程中的穩(wěn)定性、降低了液滴的轉變溫度同時在自推進現(xiàn)象中的穩(wěn)定運行速度大幅提升。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是凸起的局部示意圖；圖3是蒸汽在凸起上的運動示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括底板1、隔熱底座2、傳熱臺3、加熱器4和V型槽5 ；其中隔熱底座2設置在底板1上，傳熱臺3位于隔熱底座2上，加熱器4設置于傳熱臺3內(nèi)， V型槽5設置于傳熱臺3上，加熱器4上設有熱偶溫度計，可以讓裝置保持溫度穩(wěn)定，底板1 上設有高低調節(jié)裝置6，可以保持裝置的水平或使V型槽5的運動軌道保持一定的角度。V型槽5是橫截面為V型的金屬槽，V型槽5由兩個厚度為5mm，長度29. 6cm,寬度3. Ocm的銅板拼接成V型，兩個銅板的夾角為90°，銅板的厚度足可以保證高溫下不易變形。V型槽5為銅制成，V型槽5上設有鍍鉻涂層，可以防止其他溶液與銅表面反應而損害V型槽5。如圖2所示，V型槽5的內(nèi)壁沿徑向設有平行的凸起7，凸起7結構能夠使得槽內(nèi)的液體運動方向一致，凸起7的橫截面為直角三角形。直角三角形與V型槽5的內(nèi)壁垂直的直角邊d為0.3mm，另一直角邊s為1.5mm。V型槽5的內(nèi)壁的表面由平面變?yōu)闄M截面為直角三角形的凸起7后，如圖3所示， 在蒸汽層與接觸的金屬面之間形成了一個帶溝道的三角形結構。這個三角形的非平衡結構在自推進中起到了決定性作用，由于每個凸起7兩側角度不等，導致蒸汽層中的蒸汽在逸出時，凸起7左側蒸汽主要沿左側溝道逸出，泄流方向在垂直于紙面的方向，而右側蒸汽主要沿凸起7的坡面運動，最終匯入其前方凸起7的溝道逸出，因而凸起7的尖端A點的氣壓 Pa大于溝道內(nèi)的氣壓IV產(chǎn)生了向右側的牽引力，于是液滴發(fā)生向右的推進運動。在實驗中發(fā)現(xiàn)，具有如此平行凸起7分布的金屬平板雖然可以使液滴向某一方向運動，但由于實際操作中在泄流方向上兩側的泄流蒸汽并不相等，所以實驗結果往往是液滴沿著一個大體的方向做曲線推進，運動缺少穩(wěn)定性。為了消除泄流氣體對液滴的不利影響，有必要對單純的平板型結構進行改進。將兩塊打有平行凸起7的金屬板以一定夾角相互拼接形成一個V字型的大金屬槽。這樣的設計可以使在V型槽5兩側的泄流蒸汽沿V型槽5的內(nèi)壁向上的部分順利泄流，而沿V型槽5的內(nèi)壁向下的部分在V型槽5底匯聚，增加對液滴的托舉作用，減小液滴與V型槽5之間的阻力。如果V型槽5足夠長(例如5m)，隨著液滴的蒸發(fā)，液滴的大小會在運動過程中不斷減小，在液滴自身重力的作用下液滴始終可以與V型槽5壁保持最佳的接觸。[0026] 使用時先將水平儀放置在傳熱臺3的上部，通過調節(jié)高低調節(jié)裝置6使傳熱臺3 上部水平或略傾斜；加熱器4開始加熱；約15分鐘達到預設溫度，200攝氏度以上，用滴管滴液滴(酒精或者蒸餾水)于V型槽5內(nèi)。在本裝置的上方30 40cm處設置高速攝像機或照相機對V型槽5內(nèi)的液滴運行狀態(tài)進行記錄及測量。
權利要求1.一種基于V型結構的自推進裝置，其特征在于，包括底板(1)、隔熱底座O)、傳熱臺(3)、加熱器⑷和V型槽(5)；其中隔熱底座(2)設置于底板⑴上，傳熱臺(3)位于隔熱底座⑵上，加熱器⑷設置于傳熱臺⑶內(nèi)，V型槽(5)設置于傳熱臺(3)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述V型槽(5)是橫截面為V型的金屬槽，V型夾角為30° 150°。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述V型槽(5)為銅制成，V型槽( 上設有鍍鉻涂層。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述V型槽(5)的內(nèi)壁沿徑向設有平行的凸起(7)。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述凸起(7)的橫截面為直角三角形。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述直角三角形與V型槽(5)的內(nèi)壁垂直的直角邊為0.2 0.3mm，另一直角邊為1. 0 1. 5mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述底板(1)上設有高低調節(jié)裝置(6)。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于V型結構的自推進裝置，其特征在于所述加熱器(4)上設有熱偶溫度計。
專利摘要本實用新型公開了一種基于V型結構的自推進裝置，該裝置包括底板、隔熱底座、傳熱臺、加熱器和V型槽；其中隔熱底座設置于底板上，傳熱臺位于隔熱底座上，加熱器設置于傳熱臺內(nèi)，V型槽設置于傳熱臺上。本實用新型通過較大功率加熱器可在室溫條件下短時間內(nèi)達到試驗溫度，從而使液體可獲得穩(wěn)定的自推進現(xiàn)象；裝置接觸面進行了鍍鉻處理避免了其他溶液與銅表面反應而損害表面；V型結構相較于傳統(tǒng)平面結構而言有效提高了液滴自推進過程中的穩(wěn)定性、降低了液滴的轉變溫度同時在自推進現(xiàn)象中的穩(wěn)定運行速度大幅提升。
文檔編號G09B23/16GK202332016SQ20112040024
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者余文晶, 潘永華, 王力, 王暉, 蘇亮亮, 高惠濱 申請人:南京大學