静电场中带电浆液雾滴静电破碎分析

为了研究静电喷雾两相流动过程中高压静电场对雾滴破碎的影响,探讨雾滴静电破碎的机理,采用瑞利极限对石灰浆液雾滴的静电破碎过程进行了理论分析和实验验证,获得了影响石灰浆液雾滴静电破碎的因素及不同静电电压下雾滴的粒径分布与荷质比的关系。理论分析表明:静电场中雾滴在瑞利极限和泰勒极限的要求下产生破碎,影响其破碎的因素包括荷电量、射流速速、雾滴粒径、表面张力、浆液质量分数以及温度等,其中雾滴荷质比、射流速度在雾滴静电破碎过程中起着重要作用,雾滴越大,其破碎的荷质比越大。对雾滴破碎的实验表明,雾滴粒径随着荷质比的增大而逐渐减小,破碎的荷质比远小于其估算值,分析认为雾滴在静电力作用下确实产生了破碎,其破碎过程不但与静电力有关,同时与静电场、速度场及其他外界因素紧密相关,静电力是静电喷雾流场中雾滴发生破碎的重要因素。     

生物柴油雾滴静电破碎机理与实验研究

为获得良好的生物柴油雾化效果,通过模型计算和实验测量研究了生物柴油雾滴在静电场中的破碎现象和机理。采用Rayleigh不稳定条件建立了生物柴油的静电破碎模型,获得了影响生物柴油静电破碎的主要因素以及不同影响因素下雾滴荷质比,并采用相位Doppler粒度分析仪(PDPA)和Faraday筒检测了生物柴油静电雾化的雾滴粒径分布与荷质比。研究表明:为了满足Rayleigh极限与Taylor极限,雾滴一方面在表面电荷(包括过剩电荷与非过剩极化电荷)的作用下克服雾滴表面张力实现Rayleigh破碎,另一方面在静电场诱导的极化力作用下产生变形,实现Taylor破碎。理论分析认为影响生物柴油雾滴破碎的关键因素包括荷电量、速度和温度,因此加热、提高射流速度以及雾滴荷质比是改善生物柴油雾化效果的有效措施。实验测量中发现生物柴油雾滴的典型荷质比约为10-9～10-8 C/g,远低于10-6 C/g的理论计算值。分析认为雾滴破碎中的静电能消耗、非过剩电荷引起的带电量增加、雾滴极化、流体力剪切破碎以及生物柴油物理特性等是造成理论分析与实验结果存在较大差距的主要原因。     

高压静电液体雾化技术

高压静电雾化具有雾滴粒径细小、粒径尺度单一、空间弥散程度广等优点,广泛应用于农牧林业病虫害防治、工业喷涂、燃烧、脱硫除尘及材料薄膜制备等领域。为有效提高燃油燃烧效率、烟气脱硫效率及药剂灭菌效率等,从破碎动力学、不稳定理论及雾化模式等出发对高压静电雾化理论进行了详细的阐述,测试了平口雾化喷嘴在针-环状组合电极下的喷雾特性。获得了雾化角、射程、沉积量分布及雾滴荷质比、索太尔(SMD)平均直径和PIV雾化流场图象等信息,并进行了分析。实验结果表明:高压静电减小了液体的表面张力和粘滞阻力,使液体容易破碎成更为细小的液滴,使雾滴尺寸分布更均匀。雾滴荷电后,带电雾滴在高压静电场的作用下容易发生二次雾化,进一步减小雾滴粒径;同时带电雾滴在电荷之间斥力作用下,弥散程度加大,且能在目标物感应出与本身电荷极性相反的电荷,从而在极化力、引力等作用下更容易被目标物所捕获。     

感应荷电过程中喷雾荷电特性影响规律实验研究

荷电水雾可有效提高液滴捕集微细颗粒物的效率,其中液滴的荷电特性是影响荷电水雾除尘效率的重要因素。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立了液滴群荷电量的理论计算式,通过改变荷电电压、电极间距、雾化压力以及电极环直径,实验研究了各种因素对液滴荷质比的影响规律,并测试了喷雾特性。实验研究结果表明:液滴荷质比随荷电电压的升高而先增大后减小,随电极环直径的增大而减小,随电极间距的增大而增大;液滴的荷电效果与雾化压力有关,且对于同一喷嘴存在荷电效果最佳的雾化压力值;液滴粒径随荷电电压的增大而逐渐减小,且当液滴粒径较小时,荷电电压对液滴粒径的影响相对较弱。该研究结果对于提高液滴的荷电效果、促进荷电水雾在控制微细颗粒物方面的应用具有重要的指导意义。     

蒸发过程中液滴荷电情况分析

为了研究温度场引起的蒸发传质对荷电二次雾化的影响,采用蒸发模型及临界荷质比公式对液滴的不同温度条件下的稳态温度及其临界荷质比变化进行了计算,获得了液滴的稳态温度值的变化趋势及其寿命范围内蒸发作用下的临界荷质比。研究结果表明:不同初始表面温度的液滴处于相同的环境温度时,稳态温度最终会趋于一致,且初始表面温度越高,非稳态蒸发过程越短;初始表面温度一定的液滴处于不同的环境温度时,稳态温度随环境温度的升高而升高,且环境温度越高,非稳态蒸发过程越短;液滴初始粒径及环境温度一定,液滴的初始表面温度接近稳态温度时,破碎所需要的临界荷质比最小,且临界荷质比在初始表面温度在高于稳态温度时较初始表面温度低于稳态温度时要大;液滴的初始粒径和初始表面温度一定时,破碎所需要的临界荷质比随环境温度的升高而升高。     

组合电极小型燃烧器的电学及雾化特性研究

组合电极对小型发电系统的关键设备小型燃烧器的效率和稳定性上有显著的改善作用。在荷电雾化燃烧中,燃烧效果很大程度上取决于雾化程度,而充电电场是决定静电雾化的关键因素。对毛细管喷嘴–环形电极–收集网格组合电极的电场进行了理论计算,利用静电场叠加原理,通过单喷嘴电极和单环形电极电场分布导出了不同环形电极位置的组合电极电场分布。通过实验采集了不同电极距下的雾化图像、测量了雾化产生的电流、雾化液滴速度和粒径。结果表明:组合电极轴向电场强度在喷嘴出口处最大,并且沿着z轴方向,总体呈下降趋势。随着环形电极位置从上向下移动,组合电极喷嘴出口处轴向电场强度大小逐渐增加,实验测得的乙醇荷质比相应增加。由此推论,在本研究范围内电场强度是影响荷质比的关键因素。综合考虑不同电极距对液滴粒径和速度的影响,认为当极距L_1=3.6mm或L_1=2.5mm时能实现较好的雾化及燃烧效果。研究结果对于合理设计小型燃烧器结构具有指导意义。     

低温低速烟气中液滴破碎临界韦伯数与破碎时间分析

应用湍流模型和流体体积模型方法对液滴在低温低速烟气中的破碎特性进行数值研究,重点分析液滴韦伯数和雷诺数对液滴破碎方式的影响,以及烟气密度、流速、液滴速度和粒径等对液滴破碎时间的影响。计算结果表明:对于文中研究的低温低速气体环境及液滴,主要存在液滴发生袋式破碎及没有发生破碎两种形式,临界韦伯数为10.6。韦伯数是液滴破碎的尺度,雷诺数在液滴破碎中不是关键因素。对于文中的气体环境和液滴,综合影响下液滴无量纲破碎时间为常数1,独立于液滴粒径。在文中低温低速气体环境中,将液滴粒径控制在0.3~0.4 mm有助于缩短液滴的完全蒸发时间,提高液滴群蒸发效率。     

静电喷涂中油液的电晕荷电及雾化试验研究

为了研究静电喷涂过程中油液的电晕荷电特性和雾化现象,利用静电涂油机为试验平台,分析了静电涂油机中梁板电极的电晕放电过程,得到了静电涂油机电晕放电的起晕电压;同时依据静电学原理,给出了液滴在高压静电场中的电晕荷电量和液滴破碎的理论临界场强;结合静电涂油机喷涂试验,从宏观和微观的角度分析了油液的雾化过程。研究表明,随着电压的增大,射流长度总的趋势是减小的,但在不同区域,电压对射流长度的作用不同;雾化角随电压增加而先增大到一定程度后开始减小,最后逐渐趋于稳定;电晕荷电电流随电压的增大而变大;雾滴粒径随电压的增加而减小,当电压在65kV左右时,粒径较小且分布最为均匀,此时油液达到较好的雾化效果。     

水煤浆雾滴群荷电特性的试验研究

利用针管–环状电极配置的微喷射流静电雾化系统对水煤浆雾滴群的荷电特性进行了试验研究,以雾滴群的荷质比作为衡量其荷电效果的指标,采用网状目标法获得了高压静电场强度、水煤浆电导率以及射流流量对水煤浆雾滴群荷电特性的影响规律。试验中发现充电电极在正向加压及逆向减压的情况下,水煤浆雾滴群表现出两种不同的荷电规律, 除起止电压之外,雾滴群在正向加压过程的荷质比均不同程度略小于同等条件下逆向减压过程的荷质比。研究还表明：环状充电电极加载25 kV以内的电压已经能使水煤浆射流在静电场以感应荷电方式有效充电,达到静电雾化的条件;相对高的感应场强、液体电导率以及较低的射流量能够使雾滴群获得较高的荷质比。     

蒸汽喷雾不同荷电方式的荷电特性与静电场研究

为研究蒸汽喷雾的荷电特性和静电场特性，对饱和蒸汽喷雾分别展开3种荷电方式实验：电晕荷电、感应荷电和接触荷电。以针–板电极、环电极和针–环电极这3种电极结构作为研究对象，对充电电压、电极间距和电极位置对喷雾的荷质比和静电场的影响展开研究。结果表明：随着充电电压增加，对针–板电极，液滴受到电晕放电和离子风促进蒸发的共同作用，喷雾的荷质比先增加后降低；对环电极，喷雾荷质比先增加后降低；对针–环电极，喷雾荷质比单调增长。减小电极间距、增加电极与喷嘴距离可有效增加喷雾的荷质比；充电电压为负极性时荷电效率更高，相同充电电压下接触荷电产生喷雾荷质比和静电场均高于其他两种荷电方式，最大荷质比为1.61 mC/kg，喷雾产生的静电场由荷电液滴与液滴蒸发后向四周迁移的离子共同产生。     

感应荷电喷雾荷电性能与喷雾特性试验研究

荷电喷雾技术是一种利用静电作用控制液滴运动来改善喷雾特性的手段,它的效果受到喷雾荷电性能的直接影响。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立雾滴群荷电量的理论公式,通过试验研究电极参数对雾滴荷电性能的影响,并测试了喷雾特性。结果表明:1)最佳极间距与液膜破碎长度有关,完全破碎前荷质比随极间距增加而增加,完全破碎后荷质比随极间距增加而减小,荷电性能随电极环直径减小而增大;2)荷电喷雾能提高药液在目标物表面和背部的沉积量,同时改善均匀性;3)雾滴粒径在静电力作用下逐步减小,分布趋于均匀。     

感应荷电过程中液滴雾化与荷电特性的相互影响

液滴的雾化与荷电特性直接关系到荷电液滴的工业应用效果。为研究感应荷电过程中两者的相互影响关系,在喷水质量流量不变的前提下,通过调节雾化压力改变液滴雾化特性,以网状目标法和粒子动态分析仪（PDA）作为测试方法和手段,系统地进行了液滴雾化与荷电特性相互影响的对比试验,并对荷电过程中的液滴回吸现象进行了研究。结果表明,在感应...     

电场作用下表面张力对液滴运动特征的影响

为研究电场作用下表面张力对液滴运动特征的影响,基于润滑理论和漏介电质模型,在考虑受电场影响的表面张力变化的基础上,建立了电场作用下液滴铺展的演化模型,采用PEDCOL程序模拟了在不同底部电势影响下导电液滴的运动特征。研究表明:两极板间的液滴铺展过程不仅与电势类型有关,还与因电场作用下改变的表面张力有关;表面张力比例系数对液滴运动过程的影响总趋势大体相同,但最大液膜厚度和铺展半径的变化速率明显不同。施加均匀电势和线性电势时,并不改变液滴铺展的抛物线外形,随比例系数增大,液滴铺展加快;施加非线性电势时,可控制液滴的破裂过程;液滴铺展过程中,受表面张力变化影响最大的是线性电势,最小的为指数电势。     

低浓度石灰浆雾滴荷电特性的试验研究

为深入探索石灰浆液荷电雾化脱硫的机理,对石灰浆雾滴荷电特性进行了研究。通过石灰浆雾滴荷质比、喷雾场的测试和机理分析表明:石灰浆雾滴的荷电效果与浆液流量、雾化角、充电装置结构参数、充电电压等诸多因素有关;荷质比随浆液流量、雾化角的增大而增大,但雾化角进入稳定值后继续增大流量对提高荷质比的作用不明显;电极放电电压随喷嘴与电极距离、名义雾化角和流量的增大而减小;在本试验条件下,流量<45 L/h时存在最佳电压值,约为11 kV,流量>45 L/h时荷电电压值宜控制在约12 kV;石灰浆雾滴荷电能有效地使雾滴细化而且分布趋向均匀。     

基于圆锥管状电极的高压静电场对雾滴荷电的影响

静电喷头电极产生的高压静电场对雾滴荷电及沉积效果有重要影响,为此,根据航空静电喷雾的特点改进原有圆柱管状电极型式为圆锥管状电极。借助Ansoft Maxwell软件和试验测试方法对锥形管状电极的空间电场强度进行分析。建立了基于圆锥管状电极静电喷头的雾滴荷电效果测试系统,开展了模拟飞行条件下的充电电压对雾滴荷质比及沉积分布的影响效果试验研究。结果显示:电极空间电场模拟结果与测试计算结果基本符合,确定靠近锥形电极20~70 mm范围为最佳荷电区域。雾滴荷质比随着充电电压的增加有增加的趋势,与距离喷头的轴向位置关系不大,当电压达到10 kV时雾滴荷电饱和,并获得了最大荷质比2.13 mC/kg。相比0 kV条件,10 kV电压条件下的雾滴在中性靶标侧面、下面和背面的沉积量有明显提高,分别平均提高了18、19、18 cm-2;雾滴在正极靶标的沉积量明显多于负极和中性靶标,在正极靶标背面上的平均沉积量相比其正面和侧面增加的更多,达到86%。     

环形电极感应充电机理及其应用研究

在理论上分析感应充电使雾滴荷电的机理 ,建立感应充电过程的电学模型 ,探讨电极结构参数对荷电效果的影响 ,并经在实验室条件下的雾滴荷质比试验加以验证 ,为静电电极的结构设计提供可靠的依据。理论分析和实验结果表明 :感应充电工作在欧姆电导区 ,荷电量随充电电压的升高呈线性增加 ;随电极雾锥体间的间距增大而减弱     

高压静电雾化喷浆脱硫实验

湿法烟气脱硫是目前应用最广的一种脱硫方式。为了提高脱硫效率,采用高压静电雾化技术,对石灰石浆液进行雾化,以增强喷浆液滴与烟气的反应过程。初步喷浆实验及观测得出:液滴由于带电极性相同,其雾化弥散程度、分布均匀性得到较大提高,使浆液与SO2的反应面增加,同时静电也提高了液滴表面活性,促使其化学反应加速,SO2吸收加剧。为验证此脱硫技术的效果,模拟实际湿法烟气脱硫建立了高压静电喷浆脱硫实验装置,通过对清水及石灰浆液充电前后烟气脱硫效率的对比分析得出:在石灰水的量浓度为0.02 mol/L、液气比<1.0的情况下,静电比非静电脱硫效率提高约6%,证明此方法能够提高脱硫效率。     

电极参数影响射流喷雾荷电量的试验研究

为研究环形电极直径及其相对于喷头的布置方式对雾滴荷电效果的影响,在TR80-02C圆锥雾喷头上,采用5种不同直径的环形电极和5种安装位置进行全因素射流荷电喷雾试验,用网状目标法测量群体雾滴的荷电电流、总质量和试验时间,用荷质比来评价雾滴的感应荷电性能。详细分析荷电电压、电极环直径和安装位置对雾滴荷质比的影响,并在理论上对其显示的特性和机理给出科学的解析。试验结果表明:荷电量随作用于电极上的荷电电压提高而增大;电极环直径增大,雾滴的荷电量反而减小;电极安装位置沿喷射方向前移,其雾滴荷电量增大;荷电量与电极环直径和安装位置间存在线性关系。通过进一步分析,构建了荷电系数与电极参数和位置关系的经验公式,该公式可用于计算和预测感应电极荷电量,为电极参数与静电喷头的合理设计提供科学依据。     

湿度对悬浮液滴荷电特性及离子流场特性的影响

为了明确湿度对高压直流导线离子流场的影响,在人工气候室中使用同轴圆柱电极电晕放电实验平台对不同湿度条件下正极性高压直流导线的离子流场进行测量,分析湿度对正极性导线离子流场的影响规律,通过引入用于表征悬浮液滴荷电能力大小的参数,计算不同湿度条件下悬浮液滴的荷电特性和电场分量。计算结果表明：相对湿度小于60%和大于等于60%环境下离子流场中悬浮液滴荷电特性不同,相对湿度小于60%时,悬浮液滴荷电能力较弱且几乎不随湿度发生变化,空间电荷以离子为主,荷电液滴对离子流场影响较小,导线电晕放电特性和离子迁移率随湿度变化是影响离子流场的主要因素;相对湿度大于等于60%时,悬浮液滴荷电能力随湿度线性增大,悬浮液滴空间电荷密度迅速增加,荷电悬浮液滴成为影响离子流场的主要因素之一。     

电极位置影响荷电量的试验研究

为研究在感应荷电状态下环形针状电极安装位置对雾滴荷电性能影响,进行了相同的喷雾压力和液体介质的条件下,3种不同流量喷头的全因素射流荷电喷雾试验。试验采用环径50 mm的电极,等距离选取5种安装位置,用网状目标法测量群体雾滴电流,用荷质比评价感应荷电性能,此后详细分析了荷电电压、电极安装位置及喷头流量等因素对荷电量的影响。试验结果表明:荷电量与荷电电压成正比并随电极的安装位置前移而增大;荷电量与安装位置间存在线性关系;喷头流量对荷质比的影响较大。最后根据试验结果提出了荷电量计算公式和相应系数的计算方法,其计算误差<5%,可用于荷电量计算和预测,为荷电效果的定量分析奠定基础。