高压静电场中液体射流的雾化及应用

1、高压静电场中液体射流的雾化及应用    利用静电场来提高液体射流的雾化效果是近年来发展的一项新技术,它是应用高压静电技术使液体介质经过喷嘴后通过不同方法带上电荷,形成荷电雾滴群。该技术被广泛应用在静电喷涂,静电印刷,污染研究,气象试验,农药喷洒以及核反应堆燃料添加等领域。应用液体射流雾化技术在一定的高压静电场中即可有效地实现液滴的微粒化,它可以降低雾滴尺寸、提高雾滴谱的均匀性和沉积效率,同时在节省原料、提高液体利用效率、减少污染等方面的作用日益突出。因此,高压静电场中的液体射流雾化是当前必须研究的一个新课题,具有非常重要的理论意义和实际应用价值。本文针对

2、目前国内外静电雾化技术的初步研究现状,依据静电学原理和针-板电极电晕放电机理,在荷电液体射流雾化试验的基础上,建立相关仿真模型,运用数值分析方法,从试验研究和数值模拟与计算等方面深入阐述高压静电场中液体射流的雾化机理,它将为荷电液体射流的大规模工业应用提供重要的参考依据。本文还对静电涂油机的喷涂雾化试验和数学模型进行了深入探讨,对提高其喷涂雾化效果的关键技术进行了必要的分析。该课题的研究对于开发新型的静电涂油机和高效节能的静电喷涂设备、拓展现有的高压静电场和射流理论有十分重要的意义。本文的主要研究工作及创新点如下:对液体射流在高压静电场中的荷电机理及雾化过程进行了理论分析与研究,将射流长度、雾

3、化角和液滴粒径及其分布作为静电场中描述液体射流雾化的主要指标。提出将荷电液体射流的雾化过程分为射流区、过渡区和雾化区,研究了液体在各个区的运动,深化了荷电液体射流雾化的实质。依据静电学原理,对静电场中液滴的荷电方式进行了深入探讨,给出了高压静电场中液滴荷电量的计算方法和液滴破碎的理论临界场强;依据高压静电场中液滴的受力情况,确定了液体射流荷电液滴的运动方程,在此基础上推导出了荷电液滴的理论最大运动速率。根据初始液滴总能量原则,通过理论分析与计算得到了荷电液滴一次分裂为两个和一次分裂为多个的理论数学模型,它为进一步研究荷电液滴的多次分裂提供了理论依据;对不同荷电液体射流的雾化过程和现象进行全面和

4、系统地试验研究,通过自行设计、组装荷电液体射流雾化的试验装置,分别从宏观(射流长度和雾化角)和微观(浓度分布和液滴粒径)观察同一环境下煤油、乳化剂、酒精和柴油等不同液体介质在高压静电场中的雾化过程,总结不同液体射流在高压静电场中的雾化规律;对针-板电极负电晕放电特性进行分析,建立了喷嘴与接地电极之间的高压静电场简化模型,结合电磁场仿真软件和有限元数值计算方法分别探讨了完全空气介质和空气介质中掺有液态介质的针-板电极空间静电场变化规律,它将为获得荷电液体射流最佳的雾化效果和控制液滴在空间静电场中的运动轨迹提供重要的参考依据;基于荷电液体射流的数学和物理模型,利用广义坐标下的拉格朗日方程,建立了针

5、-板电极静电场作用下无粘性液体射流的色散方程。结合不同的液体介质,分析了电欧拉数、电极间距、射流半径等因素对荷电液体射流的轴对称模型和非轴对称模型的影响,揭示了荷电液体射流不稳定性的实质;将有限差分技术耦合到流体力学中,解决了在荷电液体射流表面的Poisson方程和Navier-Stokes方程。基于CFD求解方法,对二维荷电液体射流的雾化进行了数值模拟,它为荷电液体射流的深入仿真研究提供了重要的理论基础;通过静电涂油机的油液雾化试验得到了影响油液雾化质量的主要因素。根据MATLAB程序来定量计算、分析得到了静电涂油机喷射雾化的射流长度、雾化角和油线间距的试验数据,采用多元回归法,分别归纳计算

6、出三者同电压、刀梁到钢板之间的距离二因素的理论回归数学模型。依据所建立的数学模型,实现了静电涂油机喷涂雾化过程的动态模拟;依据静电喷涂原理,从静电涂油机的油液荷电装置方面对现已研制的静电涂油机做进一步改进,理论结合试验,找出了提高现有静电涂油机喷涂质量的关键技术,它为开发和研制出新一代高效、节能环保型的静电涂油机提供了重要的参考依据。同主题文章1.    欧阳克诚,田中捷. DUMA静电涂油机的修复改进' J. 冶金设备. 1998.(02)    2.    田中捷

7、,乔沙林. 板带涂油机的发展与应用及国产静电涂油机的研制' J. 机电一体化. 1997.(01)    3.    严春吉,解茂昭. 气动力对空心圆柱形液体射流分裂与雾化特性的影响' J. 大连海事大学学报. 1998.(02)    4.    王家青,高全杰. 静电涂油机中下刀梁斜喷技术计算机模拟及实现' J. 机床与液压. 2004.(05)    5. 

8、   何勇灵,史绍熙,郗大光,刘宁,秦建荣,杜青. 蒸发粘性液体射流不稳定性理论分析' J. 洛阳工学院学报. 1999.(03)    6.    王哲,高全杰. 基于QFD的静电涂油机软件支持系统研究' J. 机械制造. 2009.(06)    7.    王哲,高全杰. 基于VB和有限元的静电涂油机涂油室辅助设计分析软件研究' J. 机械制造. 2009.(08) 

9、   8.    张凤阁,于涛,王正. 检测与数控技术在种子静电处理系统中的应用' J. 测试技术学报. 2005.(02)    9.    王哲,高全杰,陈庭贵,尹强. 基于OpenGL的静电涂油机静电雾化动画实现' J. 长江大学学报(自然科学版)理工卷. 2009.(01)    10.    金志明,栗保明,余永刚. 高速液体受限射流扩展形态研究' J. 爆炸与冲击. 1