等离子体射流雾滴的荷电特性研究

为了从理论上探讨等离子体荷电过程出现的瞬时不稳定和突变现象,在高压电场下用网状目标法测量雾滴群体电流,用荷质比评价雾滴的荷电效果,试验研究了电晕产生的等离子体射流喷雾荷电过程。电极间气体电离过程的伏安特性分析、荷电过程的电学模型理论分析和试验结果表明:等离子体荷电喷雾产生的突变现象是极间气体电离,阻抗变化,从而引起极间电压降低,电流(荷质比)增大,是等离子荷电过程的固有特性;等离子体荷电喷雾雾滴的荷质比与荷电电压间存在线性关系,其荷电效果受电极的结构形式和尺寸、极间气体介质的厚度、雾化液体的介电性能及喷头和喷雾参数等因素的影响;安全高效的荷电电压要高于起晕电压,宜为15-20 kV。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

不同电场中细颗粒物的荷电特性研究

为了研究细颗粒物在直流电晕放电和脉冲电晕放电条件下的不同荷电特性,采用静电低压撞击器分别测试直流电场和脉冲电场中不同电压条件下的单个颗粒平均荷电量,并与理论计算结果进行对比,结果表明:在直流电晕放电中细颗粒物直径小于0.2μm时主要以扩散荷电为主,大于0.2μm时主要以场致荷电为主;在脉冲电晕放电中细颗粒物主要通过自由电子和离子的迁移扩散进行荷电,最终小粒径段颗粒物荷正电且荷电量非常少,大粒径段颗粒物荷负电;在相同的线板式反应器中,脉冲电场可以比直流电场施加更高的峰值电压,加剧带电粒子与颗粒物之间的碰撞荷电,最终提高颗粒物的荷电量。     

背负式静电喷雾器设计与试验

为改善传统背负式施药器械的喷雾效果,运用高压静电喷雾技术,设计了背负式静电喷雾器。该喷雾器由蓄电池、隔膜泵、高压静电发生器、喷枪、直射喷头和药箱组成,采用直接充电的方式对雾滴进行充电。为考察该喷雾器的性能,用网状目标法对荷质比进行了测量,用Oxford激光粒子图像分析测试系统测试了雾滴粒径及速度,最后用纸卡法测试了雾滴覆盖度。测试结果表明:荷质比随喷嘴压力的加大基本呈线性增长,因而在保证零部件及系统可靠的前提下,设计静电喷雾器时可适当增加喷嘴压力;静电促进雾滴吸附于作物表面、使雾滴粒径细小且分布均匀、改善了雾滴的速度分布均匀性,从而使雾滴能够均匀吸附于作物表面各部位,并显著提高了雾滴的覆盖度。     

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。     

Modeling of electrostatic-based pesticide spray systems

A microscopic model for the electrostatic spraying system is presented to investigate the effect of the voltage applied to the induction nozzle on the droplet's charge, mobility, and charge-to-mass ratio. The variation of these parameters along the jet was also included. The model also lays particular emphasis on the effect of the applied voltage on the spray current and the charge density at the nozzle. A macroscopic model for the electrostatic spraying system is also presented. The objective of the model was to study the spatial distribution of the droplet charge density, transit time, and trajectory in the region between the nozzle and the target in terms of the flow velocity of the spray and the space-charge-produced electric field. On the macroscopic scale, both the droplet charge density and the spray current increase with the voltage applied to the charging electrode. With the decrease of the spray flow velocity, the space-charge-produced electric field becomes dominant and tends to: contract the droplet trajectories toward the axis of the spray system, and hence enhance the droplet deposition efficiency; and decrease the charge density at the target with the possibility of minimizing back-ionization. On the microscopic scale, induction charging eliminates the ion current from the current to the target and the associated back-ionization. The calculated droplet charge and charge-to-mass ratio which increase with the voltage applied to the charging electrode, agreed with the values reported previously     

高压静电雾化雾滴粒径双峰分布概率密度模型

为预测毛细管—环电极配置的高压静电雾化系统下水静电雾化雾滴粒径的分布规律,采用颗粒动态分析仪测试了该系统的雾化雾滴粒径。当环电极电压在15~25 kV之间时,静电雾化模式为泰勒锥射流模式,雾滴粒径呈显著双峰分布规律,对此利用一种可双峰分布的概率密度函数建立了预测该模式下粒径分布规律的统计学模型,并与试验数据对比进行了误差分析,讨论了误差原因。结果表明:随着电压的增加,电场力耦合因素的影响将导致误差增大;在每个电压工况下最大误差均出现在双峰之间的谷值附近,但均<15%,总体上该模型能较好地与试验数据相符。     

双流体雾化荷电特性试验

为了有效改善石灰浆喷雾烟气脱硫中的浆液雾化,提高烟气脱硫效率,在引入双流体静电喷雾技术中,建立了环形电极的感应荷电的数学模型,计算了电极诱导的电位;采用目标网状法设计了雾滴荷质比Aq的测定装置,测量了不同浆液质量分数w(slurry)、气体流量Qg、液体流量Ql、荷电电压Uq下雾滴的Aq。结果表明,Aq随着Uq的增大而增加;在同一Uq下,Ql增大则Aq变小,Qg增加则Aq增大。随着w(slurry)的增大,Aq呈现下降趋势,在w(slurry)>1.0%时,Aq变化不明显。     

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。