数字图像相关技术在大豆蛋白喷涂流速测量中的应用

目的分析蔬菜复合纸制备过程中的喷涂雾化规律,研究大豆蛋白喷涂液在不同喷涂参数下雾化场速度的变化。方法首先通过高速摄像机采集多帧连续喷涂图像,然后对采集的图像序列做相关性分析以获得各图像对之间的相对位移场,最后结合高速摄像机采集图像参数计算大豆蛋白液喷涂雾化速度场。结果选取喷头下方10 cm处,边长为10 cm的正方形区域的雾化颗粒进行分析,当气压一定时,大豆蛋白雾化颗粒平均速度随液压的增大而增大;液压一定时,随着气压的增大,大豆蛋白喷雾颗粒平均速度先减小后增大,最后趋于某一稳定值。结论通过数字图像相关技术对高速摄像机拍摄的雾化场图像进行处理分析,能够描述大豆蛋白液喷涂雾化场的速度分布特性。通过处理不同喷涂参数下的雾化图像,得到了喷涂参数对雾化颗粒速度的影响。     

大豆蛋白液喷涂粒子速度场的PIV初探

目的选择蔬菜复合纸覆膜成型过程中的最优喷涂条件。方法利用PIV(粒子图像测速)技术测量不同喷涂参数下大豆蛋白液喷涂雾化粒子的速度场分布,并通过数据分析软件Tecplot处理分析喷涂参数对大豆蛋白液喷涂雾化粒子速度场的影响,最终得出喷雾速度场中心轴上和某一截面上速度的变化规律。结果当喷涂气压一定时,喷涂粒子速度随着喷涂液压的增大呈增大趋势,但不是很明显。当喷涂液压不变时,喷涂粒子速度随着喷涂气压的增大呈先减小后增大的趋势。在喷雾场喷嘴中轴线方向上雾化粒子速度从喷口喷出后先急剧增大,随着距喷嘴越来越远逐渐呈现波动变化的趋势,最后趋于稳定。在距离喷嘴300 mm的截面处,粒子速度以轴心处最大,向外沿径向逐渐减小,大体呈对称趋势。结论用PIV技术对大豆蛋白液喷涂粒子速度场进行研究,可为后期蔬菜复合纸覆膜成型提供一个有力的试验数据参考。     

基于PIV粒子速度场图像大豆蛋白液的可喷性研究

目的研究不同浓度大豆蛋白液的可喷性,以期得到均匀一致的大豆蛋白膜,也为后期覆膜选择合适的大豆蛋白液浓度提供数据参考。方法基于PIV速度场图像的间断性判定可喷性。在喷涂参数一定的条件下,利用电子脉冲喷头对不同浓度的大豆蛋白液进行喷雾,并通过PIV技术测定大豆蛋白液喷涂雾化颗粒速度场图像,随后处理图像,定性和定量分析不同浓度大豆蛋白液的可喷性。结果在喷涂参数恒定的条件下,当大豆蛋白液浓度较低时,雾化特性较好,可喷性良好;随着浓度的增加,大豆蛋白液的粒子速度场逐渐收缩,可喷性变差。在高浓度时(质量分数为9.73%),粒子速度场出现间断区域,没有形成连续完整的扇形面,且截线上径向距离的速度曲线出现间断,因此,大豆蛋白液质量分数为9.73%时的可喷性较差。结论基于PIV速度场图像判定可喷性的方法能为获得均匀一致的大豆蛋白膜提供有力的参考。     

基于粒度仪的双枪喷涂雾化场的粒度的研究

目的 在保证喷涂雾化表征均匀性的前提下实现宽幅覆膜,提高覆膜的效率,以期得到均匀一致的大豆蛋白覆膜。方法 利用粒度仪测量不同干涉程度下的大豆蛋白液双枪喷涂雾化场的索特平均直径（Sauter Mean Diameter,SMD）,利用Spraylink软件处理粒度数据,得到粒度数据并对比。结果 双枪喷涂喷雾场的SMD随着液压的增大先增大后趋于平稳,随着气压的增大先减小后趋于平稳。当液压分别为0.08 MPa和0.16 MPa时,SMD基本不随偏转程度的变化而变化;当液压为0.24 MPa时,SMD随着偏转程度的增大而增大。双枪喷涂喷雾场的径向SMD从中心到边缘缓慢减小,在干涉区域内的轴向2点粒径基本相等。结论 当液压为0.08 MPa、气压为0.24 MPa、偏转角为0°时,SMD相对较小。文中的研究为实现宽幅覆膜奠定了理论基础。     

大豆蛋白喷涂液雾化粒子场实验

目的研究大豆蛋白喷涂液雾化场的粒度分布,及喷涂过程中喷涂参数对大豆蛋白液雾化液滴粒径的影响,从而在蔬菜复合纸覆膜成型过程中选择最优喷涂参数。方法利用激光粒度仪测量不同喷涂参数下大豆蛋白液喷涂雾化场的粒度分布,并通过数据分析软件Origin研究喷涂参数对大豆蛋白液喷涂雾化粒度的影响。结果喷涂参数相同时,喷涂雾化场中随着轴向距离的增加,大豆蛋白液液滴粒径先显著减小后趋于稳定;喷涂雾化场中同一轴向位置随着径向距离的增加,大豆蛋白液液滴粒径呈减小趋势。在喷涂雾化场同一测量点,随着喷涂气压的增大,大豆蛋白液液滴粒径逐渐减小;喷涂液压对大豆蛋白液液滴粒径没有显著影响。结论喷涂气压为0.2 MPa,喷涂液压为0.16 MPa,喷涂雾化场轴向30 cm平面内,大豆蛋白液雾化液滴粒径较小且均匀。     

基于PIV的大豆蛋白液双枪喷涂速度场的研究

目的 为了在保证喷涂雾化表征均匀性的前提下实现宽幅覆膜,提高覆膜的效率,以期得到均匀一致的大豆蛋白覆膜。方法 利用粒子图像速度场仪（Particle Image Velocimetry,PIV）,对不同干涉程度下的大豆蛋白液双枪喷涂雾化场进行拍摄,利用PIV和Origin软件处理图像,得到速度数据并对比。结果 随着双枪间偏转角的增大,基线上的平均速度减小;偏转角为0°时,两喷雾粒子流在干涉线处碰撞,少有透过干涉线的粒子;在不同偏转角下,基线上的速度峰值从大到小为偏转角7°时的速度峰值、偏转角0°时的速度峰值、偏转角15°时的速度峰值;当偏转角为0°时,随着液压的增大,基线上的第2个速度谷值会右移,并且会增大直至消去。结论 当偏转角为0°、液压为0.24 MPa时,在基线上干涉区域内的速度最均匀。     

大豆蛋白液喷雾场粒度分布变化

目的研究大豆蛋白液喷雾场粒度分布的变化规律,为选择一个合适的蔬菜纸喷涂面提供实验数据,以期得到质量好的蔬菜复合纸覆膜。方法将大豆蛋白喷涂雾化场网格化,使用粒度仪分别测量各个区域的粒径和粒度占比分布。结果雾化场轴向距离从H=10 cm处的95μm左右,到H=15 cm处的85μm左右,到H=20 cm处的65μm左右,再到H=30 cm处的45μm左右,最大粒径占比范围逐渐降低;雾化场径向距离从L=4 cm处的40~50μm,到L=8 cm处的35~40μm,到L=12 cm处的35~40μm,再到L=16 cm处的30~35μm,最大粒径占比范围也逐渐降低;在相同的喷涂气压、喷涂液压下,随着轴向距离的增加,大豆蛋白液液滴粒径分布范围的减小,大粒径大豆蛋白液液滴的比例逐渐减少,粒径分布朝着小粒径方向靠拢,大豆蛋白液液滴粒径分布曲线越来越陡峭;在喷涂气压、喷涂液压不变的情况下,仅仅改变大豆蛋白液的粘度,在相同的喷雾场位置随着大豆蛋白液粘度的减小,粒度分布朝小粒径方向靠拢,小粒径大豆蛋白液液滴比例逐渐减小。结论喷涂气压越大、大豆蛋白液粘度越小,雾化效果越好,而喷涂液压对雾化效果影响不大;大豆蛋白液喷雾场液滴的粒径分布随着喷雾贯穿距离的增加,小粒径液滴所占比例逐渐增加,粒径分布曲线朝小粒径方向发展,同时随着垂直与喷雾轴心线径向距离的增加,小粒径液滴所占百分比也增加,粒径分布曲线朝着小粒径方向发展。     

蔬菜复合纸的大豆蛋白喷涂液雾化角度研究

目的研究蔬菜复合纸的大豆蛋白喷涂液雾化角的计算方法,及喷涂过程中工艺参数对大豆蛋白喷涂液雾化角度的影响。方法运用MATLAB软件,通过图像处理方法计算蔬菜复合纸的大豆蛋白喷涂液的雾化角度,并利用响应面分析法研究喷涂参数对大豆蛋白喷涂液雾化角的影响。结果单个因素中喷涂流量和气压对大豆蛋白喷涂液的雾化角有显著影响,喷涂流量、气压及液压三者的交互作用对喷雾角度有极显著影响(0.00080.05)。通过分析软件建立了雾化角与喷涂工艺参数之间的关系模型,并得到了最佳喷涂条件。结论当喷涂流量为48.04 mL/min,气压为199 Pa,液压为151 Pa时,大豆蛋白喷涂液的雾化角最大值为138.2637°。     

大豆蛋白液浓度及喷涂条件对雾化角的影响

目的为了分析蔬菜复合纸的喷涂效果,研究大豆蛋白喷涂液在不同的蛋白液浓度及喷涂条件下雾化角的变化与雾化整体形貌。方法首先通过高速摄像机采集喷涂图像,其次利用Matlab图像处理功能计算雾化角,并通过响应面分析法分析大豆蛋白浓度及喷涂条件对雾化角的影响。结果当液压大、气压小时,喷涂雾化效果较差;随着气压的增大,雾化效果逐渐变好。单因素中浓度和气压对大豆蛋白喷涂液的雾化角有显著影响,并通过分析软件得到了雾化角与喷涂工艺参数和浓度之间的关系模型。结论得到了最佳的喷涂条件,大豆蛋白质量分数为11.13%,气压为2 MPa,液压为1.64 MPa,此时的雾化角可达到81.4690°。     

大豆蛋白液组分对表观粘度和粒度的影响

目的为了提高雾化效果,在蔬菜复合纸覆膜成形过程中选择最优的喷涂液组分。方法利用安东帕高级粘度仪对30组大豆蛋白喷涂液的表观粘度进行测量,并利用分析软件对各试验结果进行二次多元回归拟合,得到优化回归方程。根据回归方程,作出三维响应面图和等高线图。结果随着大豆蛋白浓度的增加,表观粘度逐渐增加,羧甲基纤维素钠(CMC)浓度对表观粘度没有明显影响;根据作出的三维响应面图和等高线图,可直观看出大豆蛋白浓度和CMC浓度对表面平均直径的影响显著程度。随着大豆蛋白浓度的增加,喷涂粒度逐渐增加;随着CMC浓度的增加,喷涂粒度先减小后增加。其中大豆蛋白浓度的影响更加显著。结论研究了大豆蛋白液组分对表观粘度和粒度的影响,为后期蔬菜纸覆膜均匀一致性提供数据参考。     

双介质喷嘴雾化特性数值模拟研究

目的 双介质喷嘴雾化效果直接影响烟卷加料工艺的进一步提升，通过对雾化过程进行数值模拟，方便对雾化特性进行透彻的分析，提升雾化效果。方法 采用数值模拟方法构建两相流连续相流场与DPM离散态双向耦合的数值模型，研究蒸汽压力、液体流量以及双介质喷嘴结构对喷嘴雾化特性的影响。结果 适当增加蒸汽压力，可以在不影响最大流速、颗粒粒径均匀度及颗粒中值粒径的情况下，减小雾化扩散角，小幅度地增加喷射距离，雾化细度变好，进而提高雾化效果。随着有机液流量的增加，雾化扩散角增大，喷射距离增加，雾化粒径均匀度变好，从而使雾化效果变好。液体路通流面积越大喷雾的贯穿距离越小，气路通流面积越大喷雾的雾化扩散角度越大。若需要得到较好的雾化效果，需要保证较小的蒸汽路通流面积，与此同时液路侧保持正常开度。结论 适当地提高有机液流量或者蒸汽压力，以及采用较小蒸汽路通流面积，同时液路侧保持正常开度的结构，有利于提高料液喷洒的均匀性，减少了料液的浪费，提高了烟丝制备的工艺水平。     

气液双介质喷嘴雾化特性的影响因素研究

目的 气液双介质喷嘴的应用是烟叶加料工艺的关键因素之一,通过采用现有的模拟手段实现加料过程的高精化,为优化实验奠定基础。方法 文中以外混式双介质喷嘴为研究对象,通过构建基于DPM的数值模型,研究不同蒸汽入口压力与针阀位置对喷嘴雾化的气动性能与粒径特性的影响规律。结果 研究表明,喷嘴出口通流面积越大,气流高速区离喷嘴越近,但蒸汽与料液的速度最大值并未有较大变化,此时液滴喷射距离由远变近,喷射半角由小变大。随着蒸汽压力的增大,气流速度以及高速区长度变大,蒸汽压力为0.1 MPa时,气流速度的最大值与蒸汽压力为0.4 MPa时的相差近25%;不同压力下喷射角变化范围较小,为21.5°~23.5°;除此之外,喷雾束变集中,定向性变好,有助于控制其在烟叶表面喷射的均匀性。结论 对于较近的烟叶墙,采用较大流通截面积的喷嘴结构有利于均匀地覆盖烟叶墙,相反,对于较远的烟叶墙,则适合采用较小流通截面积的结构。适当地提高压力有利于提高料液喷洒的均匀性,减少料液的浪费,提高烟丝制备的工艺水平。     

大豆蛋白液喷涂不均匀性研究

目的研究不同喷涂参数下大豆蛋白喷涂不均匀性,以提升蔬菜复合纸的热封效果。方法利用摄像机采集喷涂试样,并运用Matlab编程对喷涂后的硫酸纸进行图像处理分析,得出大豆蛋白涂层所占的面积比,最后运用Origin分析不同喷涂参数对大豆蛋白涂层所占面积比的影响。结果当液压或气压在120~220 Pa时,大豆蛋白涂层所占的面积比随液压或气压的变化先增后减;当流量在35~60 m L/min时,大豆蛋白涂层所占的面积比随流量的变化先增加再持平,最后减少;在同一参数的不同横向测试点下,大豆蛋白涂层所占的面积比在喷涂区域两端较小,中间较大。结论液压、气压及流量对大豆蛋白液喷涂不均匀性有很大影响,且单个因素下液压160 Pa、气压180 Pa或流量50 m L/min时,喷涂效果更好。     

Investigation of atomization concepts for large‐scale flame spray pyrolysis (FSP)

Flame spray pyrolysis (FSP) is a versatile process for the production of inorganic nanoparticles featuring the advantage that the reagents are directly dissolved in the liquid fuel that is atomized to form the burning flame. A majority of previous studies on flame spray pyrolysis is focused on the formation and growth processes of the nanoparticles but neglect the preceding step of precursor atomization and spray formation. In this work an atomization concept for large‐scale nanoparticle production by flame spray pyrolysis is presented. A pressure swirl nozzle is applied for creating a liquid hollow cone, and in a second step, different dispersion gas nozzles are utilized to enhance the atomization of the liquid phase and to influence the spray cone formation and geometry. The relevant parameters influencing the atomization process (dispersion gas feed rate, liquid feed rate) are investigated (for air, water) in non‐burning (cold) spray conditions in order to access the utilization of the different atomizer concepts for the flame spray pyrolysis‐process. Measurements are conducted by applying high speed camera imaging (HSC), particle image velocimetry (PIV) and laser diffraction spectroscopy (LDS). Computational fluid dynamics (CFD) revealed further insight into the gas entrainment and the trajectory of droplets within the spray. Results show that the liquid volume flow rate (and thus the productivity of the process) may be increased significantly while still maintaining an appropriate droplet size compared to the conventional atomization process conditions in flame spray pyrolysis reactors.