环形电极结构对喷雾形态与荷电效果的影响

为研究环形电极结构对静电雾化的影响,对不同环形电极结构下的静电场进行实验研究,得到其锥-射流模式下的喷雾锥角及液滴荷质比。根据实验工况对不同环形电极结构下静电雾化装置产生的空间电场进行数值模拟,得到其对空间电场分布的影响。结果表明,随着环形电极内径减小或厚度增大,环形电极周围的径向电场强度增大,而轴向场强并未有明显变化;喷雾锥角和荷质比随环形电极内径的减小或厚度的增大而增大。环形电极厚度及内径的改变使空间电场分布发生变化,从而影响喷雾形态及液滴荷电效果。本研究可为提高液滴荷电效果、合理设计静电喷雾装置提供技术参考。     

液液系统中荷电射流不稳定性

针对生物柴油液液静电雾化乳化过程,建立了色散方程并应用Matlab进行数值计算,分析了水射流速度、荷电电压、水与生物柴油各自的黏度、表面张力对生物柴油中水射流不稳定性的影响.研究结果表明,在水-生物柴油系统中,提高水射流的速度或荷电电压,均能使界面波最大增长率增大,对应的最优波数也随之增加.水的黏度阻碍水射流的破碎雾化,而生物柴油黏度对水射流的破碎雾化却起着促进作用.水-生物柴油的界面张力越小,对液液静电雾化乳化过程越有利.在水-生物柴油液液静电雾化乳化实际应用过程中,除提高水射流速度和荷电电压外,提高水的温度同时尽可能地降低生物柴油的温度,可以形成粒径细小均匀离散相液滴,获得优质的生物柴油乳化燃油.     

荷电电压、介质物性对静电雾化特征的影响

在毛细管-环状感应电极下,对多种介质在高压静电场中的静电雾化特性进行了试验研究.利用微量注射泵（ATI Orion M361）控制每次试验雾化溶液的流量,用高压发生器及电压读数仪（Q3-V型）准确控制所加的荷电电压,在不同电压下,研究了介质物性（电导率、黏度、表面张力）对液滴荷质比产生的影响,并深入分析了荷电电压、介质的物性参数对液滴荷质比的影响规律.结果表明：微流量情况下,在达到瑞利极限之前,不同液滴的荷质比在一定电压范围内随电压的升高而增大,并近似呈线性增长关系.介质的电导率是影响液滴荷质比的重要因素,电导率越大,荷质比随荷电电压增大得越快,但5%NaCl溶液与水的电导率相差近200倍,测得的荷质比却相差很小,说明当介质的电导率较小时,荷电电压对液滴荷质比起主导作用.介质的黏度对液滴的荷电能力有明显的抑制作用,而表面张力与液滴荷质比呈正比关系.     

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化。实验结果表明：在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加。在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高。     

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化.实验结果表明:在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加.在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高.     

小尺度荷电喷雾系统雾化区场强分布特性分析

荷电喷雾燃烧技术对于促进微小尺度条件下液体燃料稳定与充分燃烧具有重要意义。基于喷嘴内径为0.9 mm的新型结构小尺度荷电喷雾燃烧器,开展了单电场及组合电场作用下乙醇燃料的荷电喷雾实验,测量了稳定"锥-射流"雾化模式下雾化区的雾化角。实验结果发现在相同乙醇流量下,采用组合电场燃烧器时的雾化角大于采用单电场时的雾化角,表明环形电极的引入可提高乙醇的雾化效果。荷电喷雾空间电场是由高压组合电极和空间电荷共同作用产生的,电极参数和空间电荷对空间电场分布均有重要影响。根据均匀带电细圆环电势和场强公式,将有限长薄圆柱面视为均匀带电细圆环的集合,利用叠加定理和椭圆积分的方法,计算出组合电极诱导电场在雾化区的场强分布。空间电荷作用产生的电场由喷嘴形成的雾锥区形状和带电量决定。计算结果表明,环形电极在雾化区产生的场强是轴对称的极不均匀的场强。当喷嘴电压处于一定值时,增大极距和环形电极的电压,组合电极的诱导电场强度大小有明显增强的作用,场强角度有明显变化。空间电荷产生的场强也是轴对称的极不均匀的电场强度,与电极诱导电场相比其作用不容忽视,尤其靠近金属网附近,空间电荷产生的电场起主导作用。组合电极条件下的荷电喷雾空间电场强度比喷嘴单电极作用下的荷电喷雾空间场强有明显的增强。选择1 mm的极距和环形电极的电压有利于荷电喷雾系统形成稳定的"锥-射流"雾化模式。     

双毛细管静电雾化电场特性研究

为探究毛细管电极形成的空间电场对静电雾化过程的影响,建立了适用于单、双毛细管静电雾化的实验系统,并采用高速数码摄像机记录了无水乙醇的静电雾化过程,通过系统分析雾化图像获得了滴状、纺锤形、脉动锥射流、旋转锥射流、稳定锥射流和多股射流等典型的静电雾化模式;并依据锥射流雾化模式下对应的实验工况,利用静电场叠加原理与椭圆积分方法,对单、双毛细管静电雾化电极产生的空间电场进行了理论分析与数值计算。研究结果表明:单、双毛细管电极的轴线上电场强度最大,电场强度随着φ(空间中的任意一点P与毛细管轴线正向的夹角)的增大而减小,随着r(原点O与点P的距离)的增大而减小;与毛细管单电极相比,相同条件下,毛细管双电极中间区域的径向电场强度减小,轴向电场强度增大,非相干区域的电场强度均增大;毛细管双电极的空间电场的分布使得静电雾化产生的射流与雾滴群等呈现"八"字状,即偏离双毛细管几何对称面向外倾斜。     

小尺度荷电锥—射流场强分布特性研究

基于微小尺度荷电喷雾燃烧系统,进行了组合电场下乙醇的荷电雾化实验,得出了稳定的锥-射流雾化模式,并基于该模式,进行了理论分析计算。借助直角坐标系与极坐标的关系,采用椭圆积分的方法,求解出组合电场下射流区的场强分布。研究结果表明:环形电极在射流区产生的场强在喷嘴中心处产生的电场强度最大,环形电极圆心处的场强为0 V/m,当其他条件相同时,场强随着半锥角的增大而增大。环形电极的半径远大于喷嘴半径,极距较小,环形电极在射流区产生的场强与喷嘴电极所产生的场强相比可以忽略。在球坐标系φ为0°~49.3°范围内,射流区的电场强度电场分布是轴对称的极不均匀的场强,喷嘴中心处值较小,周围场强较高,利于雾滴荷电,改变环形电极电压参数,对射流区的场强分布没有影响,但对雾化区的场强起到了明显增强作用。     

液体物性对静电喷雾雾化性能的试验研究

为研究液体物理属性对静电喷雾雾化性能的影响,文中使用流量阀和高压设备分别控制溶液流量和环形电极所施加的充电电压,在相同荷电条件下,使用不同的液体进行射流荷电喷雾试验,通过PDA测量系统对比分析了充电电压和液体物性对雾滴粒径分布的影响规律.结果表明:在一定的电压范围内,随着电压升高,喷嘴周围的电场强度增加,液体感应所带电量升高,大液滴被雾化为更加细小的带电雾滴.溶液的电导率是影响雾滴尺寸的重要因素,电导率越大,液体受到的电场力也就越大,所形成的带电雾滴尺寸就越小,但当溶液的电导率较小时,荷电电压对雾滴粒径分布起着主要作用.溶液的黏度和表面张力对液体雾化具有抑制作用,同一荷电条件下,随着表面张力和黏度的降低,雾滴粒径也随之减小.     

荷电黏性液体射流线性不稳定性分析

根据线性不稳定性理论分析了扰动压强场和扰动电场,对荷电液体射流受力特性进行分析,建立了荷电黏性液体射流色散方程,通过数值计算分析了射流速度、荷电电压及黏度对荷电液体射流不稳定性的影响．研究结果表明：增加射流速度或荷电电压均能使射流不稳定性增加,表面波最大增长率及其对应的最优波数、最大波数均增大,射流破碎形成的液滴特征尺寸减小．黏度的提高使射流趋于稳定不易破碎,表面波最大增长率及其对应的最优波数减小,射流破碎形成的液滴特征尺寸增大,而最大波数保持不变．射流速度在0—1m/s范围内,非荷电与荷电情况下0阶表面波始终存在;非荷电时,只有当射流速度达到一定数值时1阶表面波才出现,荷电后,1阶表面波在更小的射流速度时即可出现;0阶表面波最大增长率大于1阶表面波最大增长率,在液体射流破碎过程中占据主导地位．     

农药静电喷雾及雾滴沉降分布研究方法和评析

静电喷雾技术是农业病虫害防治的一种新兴技术,在国内也引起人们越来越多的关注.静电喷雾技术的关键就是使喷出的雾滴带电,研究内容主要包括液体的雾化、雾滴的运动和沉降3部分.液体静电雾化技术是液体在风送式、液力式或离心式3种雾化方式的基础上,使雾滴带电后进一步雾化.雾滴的运动要影响到雾滴的扩散,不同的喷雾环境(如电场、风速、温度和湿度)都会影响其沉降状态和分布的均匀性.雾滴沉降分布的好坏会直接影响到静电喷雾技术的应用领域和前景.     

感应式高压静电喷头雾滴荷电效果影响因素分析

为研究如何在有限的充电电压下获得良好的雾滴荷电效果,首先建立了雾滴荷电过程的等效模型,对影响雾滴荷电效果的关键性参数进行理论推导;然后采取圆环形和仿形两种电极形式,取3个高压电极的关键性技术参数,设计4种不同的高压电极方案;最后配合2、2.5mm两种不同的绝缘层厚度,为雾锥角为80°的空心圆锥雾喷头TR 80-04设计了8种不同的高压静电罩,用网状目标法与法拉第筒法结合的荷质比测量系统对其荷电比进行测量,以荷质比评价其荷电效果的优劣。结果证明:理论分析与试验研究达到了良好的一致性,仿形电极的荷电效果明显优于圆环形电极,且电极宽度、电极中心到喷口的轴向距离与雾滴荷质比正相关,为高压静电罩的合理设计提供了可靠的理论和试验依据。     

静电雾化中圆锥-射流模式的数值模拟

在液体高压静电雾化过程中,如何匹配众多参数得到稳定的均匀液滴是该技术的关键和难点。为此,针对以上问题,建立了均匀液滴喷射过程的流场计算模型,应用FLUENT软件,通过参数的合理匹配,模拟得到圆锥-射流模式下的均匀液滴流和稳定雾场,并对静电雾化过程的流场和雾场的相关特性进行分析。结果表明,在场强很大的区域内,雾滴轴向速度也较大;在接收板附近,外部流动的空气对雾滴产生加速作用,使雾场区域发散。研究结果对静电雾化效果的优化有一定的参考价值。     

气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。     

气流辅助式喷雾工况参数对雾滴飘移特性的影响

采用三维流场的多相流计算流体力学模型,研究雾滴在自然风影响、辅助气流胁迫和自身重力作用下在连续相和雾滴粒子群离散相耦合的交互作用,并分析了不同工况参数对雾滴漂移特性的影响.结果表明:增大风筒气流出口速度,可以胁迫雾滴向靶标运动,减少雾滴飘失率.当喷嘴流量较小时,雾滴飘失率变小的趋势最为明显.然而喷嘴流量过大时,雾滴整体抗飘失能力显著下降.辅助气流的喷雾角对减少雾滴飘失相对于自然风速、辅助气流风速没有显著的影响.     

高压静电喷雾灭菌的试验

运用高压静电雾化技术和轴流风送输运技术设计了高压静电喷雾消毒试验装置,以适应各种不同环境下的卫生防疫消毒需要．在实验室内进行了喷雾特性试验,得到了雾滴的平均粒径、雾滴荷质比及雾滴的流量密度等．试验表明：药剂荷电后,雾滴表面张力下降,内外压强差增强,雾滴容易发生二次雾化;同时其表面活性增强,改善了液体的雾化性能及雾滴捕集粒子的能力．进行了现场灭菌试验,对比了静电喷雾与传统喷雾的灭菌效果．结果表明,荷电明显改善了传统灭菌方式中药液施用量过大、存在消毒死角等缺点,有效改善药剂喷洒的均匀性,细化雾滴,使雾滴能够有效地捕捉细菌,提高了灭菌效率,减少了对环境的二次污染．     

3MG-30型果园弥雾机的研制与试验

研制了一种与小四轮拖拉机配套的、适用于标准化果园植保作业的机载果园型弥雾机，对该机各项性能指标进行了试验与分析。试验结果表明，与其他类型喷头相比，按一定排列组合的空心雾锥喷头在与风机配合使用进行药液的2次雾化时具有更好的喷雾量分布和雾滴分布均匀性；小于35m/s的风机出口风速所产生的梯度气流使枝叶扭转与退让，并使雾滴的穿透性和树内沉积量增加，提高了作业质量和机组生产率。     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。