基于针-环组合电极的静电空气喷涂成膜及转移率的仿真计算

针对静电空气喷涂成膜过程中，荷电气液两相流耦合作用下涂料液滴运动轨迹复杂，使得被喷涂工件成膜特性不明晰，涂料转移率有待提高的迫切需要，提出以环形电极和静电空气喷枪针形电极组合为针-环组合电极的静电喷涂方法。基于电磁流体力学，采用欧拉-拉格朗日法求解气液两相流输运方程和涂料液滴撞击粘附模型，分别以针-环组合电极的环中径和环截面直径为变量，对针-环组合电极静电喷涂过程的喷涂计算域流场和电势进行仿真分析，对涂料粒径分布、涂膜厚度分布及涂料转移率进行计算，并对针形单电极静电喷涂进行实验。结果表明：在采用针-环组合电极进行静电喷涂的情况下，沉积在被喷表面的涂料转移率相比于针形单电极提高了5.04个百分点，环形电极的中径和截面直径与沉积在被喷表面的膜厚和涂料转移率密切相关。当环形电极中径为50 mm，截面直径为6 mm时，针-环组合电极形成的电场不仅有助于改善涂料的雾化效果，令膜厚分布更加均匀，而且有助于调控静电场带电液滴的运动方向，使得空气流场分布沿极针径向扩散减小，令涂料转移率提高。针形单电极喷涂实验中测得的喷涂工件表面涂膜厚度分布与仿真计算一致。