高压静电场中水煤浆射流雾化的雾滴特性

为探讨水煤浆在高压静电场中雾化的雾滴特性,采用针管-环电极配制的静电雾化系统,通过测量在不同的雾化操作参数下,雾滴的荷质比大小以及直径的大小和分布规律,深入分析了不同的射流雾化模式下,充电电压以及射流流量对水煤浆雾滴特性的影响。研究表明,充电电压在5—15 kV时,荷电射流呈稳定多股射流雾化模式,随充电电压的不断增加,雾滴的粒径有规律地减小,不同粒径的雾滴频数逐渐趋于均匀,粒径分布谱略有拓宽,该特性对于提高水煤浆燃烧稳定性及燃烧效率具有重要的工程应用价值。     

循环流化床液液雾化过程转型的实验研究

建立了循环流化床液液雾化的实验装置,对水在非相溶介质中喷射雾化进行了研究。采用高分辨率数码摄像仪实时采集不同工况条件下的雾化形态,对比分析了雾化过程转型现象;通过图像处理与数值计算相结合的方法,对实验结果进行了分析。结果表明,雾化过程与相间相对雷诺数密切相关,在相对雷诺数为1 632时,由鼓泡型转变为连续射流型,而当相对雷诺数增加到1.14×105时,雾化则由连续射流型转变为紊态射流型;在雷诺数大于1.62×105后,液滴粒径急剧减小。在紊态射流形态中,雾化液滴数多且粒径微小,符合液液循环流化床制取流体冰技术对液滴尺度的要求。     

采用高压静电雾化法制备W/O乳化液的实验研究

采用静电雾化方法进行了W/O玉米油乳化液制备的实验研究,在雾化流量2.8~15 mL/min、电极施加电压5.2~11 kV的条件下,用Winner99颗粒图像测试仪测试了所制乳化液的离散相滴径,分析了施加电压及雾化流量对平均滴径及滴径分布的影响. 结果表明,静电雾化法可制备离散相滴径比搅拌法更均匀的乳化液,离散液滴平均滴径约为28 mm且绝大多数液滴直径为20~40 mm,其稳定性明显优于搅拌法所制乳化液. 乳化液离散相滴径与施加电压及雾化流量密切相关,电压增大、雾化电流增大,乳化液离散相滴径急剧减小,滴径分布变窄. 流量增大,单位时间内液滴携带及输运的电量增大,故雾化电流增大;但液滴荷积比随流量增大而减小,故滴径变大,滴径分布变宽. 高电压、低流量有助于获得稳定性更好的乳化液.     

冻结与非冻结环境对液-液雾化影响的实验研究

水在低温冻结环境液体中雾化是液-液循环流化床制取流体冰技术的关键环节.今对常温非冻结环境或低温冻结环境中液-液雾化过程的射流与液滴形成特性进行了实验研究,提出了形成液滴的四种射流破碎方式,考察了冻结与非冻结环境中,滴流雾化向射流雾化转变的射流雷诺数,获得了射流雾化发生时随射流雷诺数的变化,射流破碎方式的转变规律、射流长...     

液-固混合悬浊液的压力雾化（Ⅰ）机理分析与模型建立

研究了影响液-固混合悬浊液压力雾化各因素间的函数关系.液-固悬浊液的雾化由振动波干扰不稳定的液膜以及固体微粒惯性力等因素引起,通过理论分析建立相应的数学模型,找出了压力、固体微粒直径、固体微粒密度以及悬浊液中固体微粒质量分数与雾滴直径的关系.模型分析表明,压力、固体微粒密度对雾滴直径的影响具有非单调性关系,即雾滴直径随它们的增加先减少再增大;而雾滴直径随固体微粒的粒径、固体质量分数的增加而增大.     

液滴在高压静电场中分散现象的实验研究

液滴在高压电场的作用下将分散成粒径细小的均匀雾滴。用涂有硅油的玻璃板对分散后的雾滴进行收集,通过统计学的方法即可测出雾滴平均粒径的大小。实验测量了不同液体的雾滴在不同电压下的平均粒径以及丙三醇在不同流量下雾滴平均粒径随电压升高的变化趋势,意在考察电压和流量这两大因素对液滴分散的影响。实验发现每种液体都存在一个临界电压,只有当电压超过临界值时,液滴才会发生大面积的分散。而在其它条件不变的情况下,流量的升高将导致临界电压的升高及平均粒径的增大。     

液—液分散雾化形成液滴的模式

基于图像采集与处理方法实验研究了水喷入非相溶油中的液液分散雾化过程.结果表明,通过改变操作条件使水破碎形成3种水滴模式:滴流、层流射流和湍流射流,揭示了其演变规律及其形成机理,获得了分散液体破碎强度、射流长度脉动和液滴粒径分布参数随雷诺数Re、韦伯数We的变化规律.随Re和We增加,分散液体破碎强度持续增强,在Re=467,We=8.6时液滴形成模式由滴流向层流射流发展,在Re=3169,We=241时演变为湍流射流,且液滴的粒径均匀性和最小平均粒径均出现在湍流射流模式下;在滴流模式下,液滴的形成、长大与脱离喷嘴均由液滴受力的平衡机制控制;在层流射流模式下,射流柱破碎形成液滴主要由两相界面的表面波扰动引起,且射流长度的脉动具有随机和非周期的特点;在湍流射流模式下,射流柱表面出现拟序涡结构,其在射流起始段失稳,在射流扩散段大量形成较小粒径的液滴.     

液液雾化特性与粒径分布规律

液液雾化过程是液液循环流化床的关键技术之一，在流化床常态实验装置上，采用快速摄像与图像处理相结合的方法，获得了实验流量范围内液滴形成过程的图像以及形成液滴的粒径信息，运用数学分布函数对液滴的粒径分布进行了研究。研究结果表明，各流量工况下，液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合得较好;在实验流量范围内，形成液滴的区域有单液滴形成区域、过渡区域和多液滴形成区域，且液滴中位径的总体趋势是减小的，当水的流量为50 ml·min-1时，形成液滴的粒径主要集中在0.7～1.0 mm之间;在单液滴形成区域和多液滴形成区域，液滴粒径的均匀性先减小后增大，中位径呈减小趋势，但在多液滴形成区域两者的变化幅度较小，在过渡区域，液滴粒径的均匀性与中位径基本不变。研究结果可为液液循环流化床基于设计粒径的要求合理选取运行流量提供可靠依据。     

假塑性流体雾化研究：Ⅰ.雾化特性的研究

本文采用二流式气动喷嘴，通过激光衍射粒径分布测量系统对假塑性流体料液的雾化特性进行了试验研究，得到了物料特性（主要指粘度）和操作参数（主要指气液质量比和空气速度）以及喷嘴液气出口面积比对雾滴平均直径和尺寸分布参数的影响，并进行回归，得到预测雾滴平均直径及尺寸分布参数的关联式。     

液-固混合悬浊液的压力雾化(Ⅰ) 机理分析与模型建立

研究了影响液 固混合悬浊液压力雾化各因素间的函数关系 .液 固悬浊液的雾化由振动波干扰不稳定的液膜以及固体微粒惯性力等因素引起 ,通过理论分析建立相应的数学模型 ,找出了压力、固体微粒直径、固体微粒密度以及悬浊液中固体微粒质量分数与雾滴直径的关系 .模型分析表明 ,压力、固体微粒密度对雾滴直径的影响具有非单调性关系 ,即雾滴直径随它们的增加先减少再增大 ;而雾滴直径随固体微粒的粒径、固体质量分数的增加而增大     

电晕放电喷雾荷电特性

静电喷雾广泛应用于工业各个领域,如静电喷涂、静电雾化燃烧、静电雾化除尘等,其应用效果与喷雾荷电特性密切相关。为获得更佳荷电效果,本文探究了电晕荷电过程中感应电流对液滴真实荷电电流的影响,通过改变荷电电压、电极间距、电极环直径及液体流量等,实验研究了各因素变化对喷雾荷质比、电荷衰减及液滴粒径的影响。结果表明：相比于感应荷电,电晕荷电过程不稳定但能获得更佳的荷电效果,液滴荷质比随荷电电压的增加而先减小后增大,随电极环直径的增加而先增大后减小,随电极间距的增大而增大,电极环直径80mm,电极间距40mm能获得最佳荷电效果;荷电液滴带电量会随输运距离增加而泄漏衰减,相同距离下液滴通过电晕放电带有电荷后衰减更快;液滴带电后能够降低液体表面张力,随着液滴荷电量的增加,雾化液滴粒径有所降低。     

喷淋塔液滴粒径分布及比表面积的实验研究

以水和空气为实验介质,通过拍照法获得喷淋塔内液滴粒径分布,考察了不同喷淋量及空塔气速对塔内不同高度处液滴Sauter平均直径(SMD)的影响,并对液滴粒径分布进行了理论分析.结果表明,喷淋塔顶部液滴分布密集,底部稀疏,液滴群在下落过程中,平均粒径减小且趋于均匀化;塔顶处液滴SMD随喷淋量的增加而增大,处在塔中下部的液滴SMD则随喷淋量增大而减小,提高空塔气速,可减小平均粒径;理论分析认为,液滴粒径减小主要是由于发生了碰撞破碎的缘故,而塔内液滴大小不一是碰撞的主要原因;通过量纲1化拟合得到喷淋塔内液滴SMD经验关联式,其计算结果与实验值吻合较好;考虑液滴破碎的喷淋塔比表面积比不考虑破碎的比表面积大70%左右.     

高压静电破乳中离散液滴的动力学分析

考虑乳化液离散液滴的直径分布,对高压直流静电破乳过程中离散液滴的运动进行了理论模拟。模拟及实验结果表明,在高压静电作用下,离散滴液从一侧电极向另一侧电极运动。沿液滴运动方向,液滴浓度逐渐增大,并在电极附近达到最大。随着静电作用时间的延长,电极附近液滴浓度近似呈线性规律增大。在相同的作用时间内,高电压液滴浓度的增长幅度要更大。因此,尽可能提高施加电压要比单纯延长静电作用时间的破乳效果更好。此外,大的液滴运动速度更快,故对于离散相滴径较大的乳化液,破乳效率会更高。     

甘露醇喷雾干燥过程中液滴粒度分布变化的群体粒数衡算模拟和实验研究

利用群体粒数衡算（population balance，PB）计算机模拟和实验研究了甘露醇水溶液的喷雾干燥过程中液滴的粒度分布的变化规律。液滴干燥过程中的颗粒粒度的萎缩速率，在群体粒数衡算模型中描述为液滴的逆（或负）生长项，通过单个液滴反应动力学方法（reaction engineering approach，REA）获得。基于单个液滴干燥的反应工程方法模型REA和群体粒数衡算模型PB集成建立了PBREA模型。PBREA 模型的求解是通过高分辨率数值方法。本文模拟研究了不同工况下，不同粒径液滴的干燥时间、液滴平均含湿量以及液滴粒度分布随时间的变化。结果显示，液滴粒径越大，干燥时间越长，模型预测的颗粒平均粒径为实验值的1.0~1.5倍，粒度分布跨度是实验值的0.61~0.89倍。模拟误差主要来源于液滴及颗粒粒径分布统计精度、单个静止液滴与群体运动液滴干燥的差异、热导率及扩散系数是经验值3个方面。在使用Buchi 290 小型喷雾干燥仪进行的实验中，使用了图像采集和分析方法得到了液滴及颗粒的数密度分布，并和模拟结果做了对比。结果表明该模型可以有效地预测喷雾干燥过程中干燥颗粒的平均粒度及分布跨度。     

Movement of dispersed droplets of W/O emulsion in a uniform DC electrostatic field:Simulation on droplet coalescence☆

Considering the droplet coalescence, the motion of a group of dispersed droplets in W/O emulsion in a DC electric field is simulated. The simulation demonstrates the evolutions of droplet number, size as wel as its distribution, local concentration distribution and droplet size-velocity relation with the applied time of electric field. The sim-ulated average droplet size is roughly consistent with the experimental value. The simulated variation of droplet number with time under several applied voltages shows that increasing voltage is more effective for raising the rate of droplet coalescence than extending exerting time. However, with the further raise of applied voltage, the improvement in droplet coalescence rate becomes less significant. The evolution of simulated droplet size–velocity relationship with time shows that the inter-droplet electric repulsion force is very strong due to larger electric charge on the droplet under higher applied voltage, so that the magnitude and the direction of droplet velocity become more random, which looks helpful to droplet coalescence.     

Solid-liquid separation in suspension atomization

The aim of this paper is to define the conditions controlling the fragmentation process within the atomization of a suspension. Correlations for the droplet diameter of a suspension spray generated by a twin-fluid nozzle have been derived. Two separate regimes in suspension atomization have been identified with respect to the solid particle size. The atomized droplets from suspensions containing relatively fine solid particles are suspension droplets (containing liquid and solid particles). In this case a correlation for the drop size distribution in the spray of a twin-fluid nozzle has been deduced. Droplet size measurements in the suspension spray with varying solid particle sizes showed that when the suspended solid particle size exceeds a critical value, solid particles and liquid will be more and more separated. This effect is indicated by a bimodal size distribution in the suspension spray. It is shown that complete solid-liquid separation in the suspension spray may be achieved, where the pure liquid drops are significantly smaller than the separated solid particles. The critical process conditions where the solid-liquid separation process is found will be derived. Depending on the operating conditions of the atomizer, the resulting pure liquid droplet size is equal or less than the hydraulic diameter.     

水煤浆气力式静电雾化喷嘴设计及雾化流场形貌

借鉴已有的常规水煤浆气力式雾化喷嘴的研究与应用成果,设计了新型的气力式静电雾化喷嘴。在此基础上搭建了以环电极感应充电方式的水煤浆静电雾化实验台,利用激光粒子成像速度仪(PIV)上的CCD相机对其静电雾化流场的形貌进行实验观察,获取其荷电射流雾化角度随外加电场增加的变化情况;并利用激光粒子动态分析仪(PDA)系统分别获得流场轴线上以及轴线150 mm处横截面的透浆率随环电极电压的变化情况。实验结果表明:在感应电场的作用下,荷电喷雾流场随外加电场的增加而扩展,射流雾化角在42°—65°变化,且随充电电压的上升略呈一定的指数规律增加;水煤浆雾滴在射流轴线附近聚集的现象得以改善,浆滴在雾炬空间的弥散愈加均匀,可在一定程度上解决水煤浆雾炬核心区贫氧燃烧的难题。     

Spray characteristics of a swirl atomiser in trigger sprayers using water–ethanol mixtures

Pressure swirl atomisers are widely used in both industry and daily life. It is critical to understand the spray transient behaviour for better design of these systems. This paper presents an experimental study of conical liquid sheets breakup from a swirl atomiser nozzle in trigger sprayers. Spray and atomisation characteristics were measured and analysed. Water–ethanol mixtures were used to simulate different fluids on the breakup and atomisation quality of the spray development process with a wide range of surface tension while maintaining relatively small changes in fluid viscosity and density. The spray images were taken by a high speed digital camera and post‐processed to analyse the global spray structure, spray cone angle, and breakup length. The droplet size and its distribution were measured using a laser diffraction technique. It was observed that the surface waves grow rapidly on the cone‐shaped liquid sheets and breakup into liquid ligaments and droplets during the initial stage of fluid dispensing. Then the spray transitions into the developed stage. Near the end of the dispensing process, the liquid cone collapses with poor atomisation (large droplets) due to momentum loss. The comparison between different fluids showed that the spray cone angle and liquid breakup length decreased with the increase of ethanol percentage ratio. The percentiles parameters, Sauter mean diameter (SMD) and particle size distribution were measured and compared for different locations. High surface tension fluids produce larger droplets than lower surface tension fluids, which have the same trend as the percentiles parameters and SMD. Results also show that droplet size and its distribution depend on the location of the measurement. Generally speaking, smaller droplet size is found for a location away from the nozzle axis in the vertical direction. In the horizontal direction, larger droplet sizes are found for a location closer to the nozzle exit. © 2013 Canadian Society for Chemical Engineering