电晕放电场中液滴动力学过程分析

摘要

目前高压静电雾化技术已经广泛应用到农药喷洒、工业喷涂、材料制备、燃油燃烧、工业除尘及脱硫、颗粒聚并及分离等领域。它是利用静电场的干扰引起液体表面不稳定，导致其分裂、细化而形成雾滴。在雾化装置的控制参数（流量、压力、电极直径等）一定的情况下通过调节雾化电场的大小，对雾滴大小、雾化角、雾滴运行轨迹等进行调控，得到符合实际需要的雾滴尺寸、弥散效果、雾化密度等，实现节省原料、提高液体利用效率的目的。
　　本文用空腔雾化电极作为放电极，利用PCO.dimax高速摄像机时时采集了雾化液滴在电场中运动的实验数据及各种瞬态现象，通过相关数据及现象分析了液滴泰勒锥形成过程、泰勒锥断裂过程；泰勒锥形状与空腔尺寸、外施电压、液体性质的关系；雾化角与外施电压关系；电场中雾滴的运动轨迹、运动速度、加速度与电场的关系；雾滴在电场中的破碎条件及其破碎前后雾滴的运动状态改变；液体中离子浓度对雾化形成过程的影响。结果表明：
　　（1）在空腔雾化装置中，对于同一极板间距的空腔雾化电极，电压相同时，电流的大小与雾化电极直径成反比；对于相同直径的空腔雾化电极，电压相同时，电流的大小与极板间距成反比；在相同极板间距和空腔雾化电极直径下，电流和电压成正比。
　　（2）实验表明，用蒸馏水作为喷射液时，直径较小的空腔雾化电极在低电压下更容易形成泰勒锥。在同一雾化实验参数下，雾化电极电压越大（0-40 kV范围内），泰勒锥分裂出的液滴平均粒径越大，泰勒锥断裂的平均速率也越慢。
　　（3）随着电晕电压的升高（0-40 kV），液滴的雾化角先增大后减小，在20 kV电压下雾化角得到最大值（39°）。液滴的雾化角与泰勒锥断裂、雾滴所处电场强度和其在电场中的运动时间相关。
　　（4）在一定的雾化区域内，液滴在电场中运动的速度逐渐加大；相同电场作用下，液滴平均加速度的大小与液滴自身的荷质比成正比例关系。雾滴瞬时加速度与电场强度正相关。实验中液滴在极板间距100 mm，电压35-40 kV下，破碎效果比较好。
　　（5）在相同的雾化参数下，在雾化过程中液滴的泰勒锥断裂所需要的外施电压， Ca(OH)2饱和溶液（13 kV）低于蒸馏水（15 kV）。相同电压下，Ca(OH)2溶液的雾化角比蒸馏水的大，随着电压的增大，其雾化角也是先增大后减小。在雾化过程中，Ca(OH)2液滴的平均喷射速率和液滴在电场中的运动速度都比蒸馏水的快。
　　文章通过分析液体雾化过程中空腔电极尺寸、外施电压、液滴中的离子等参数对泰勒锥形成、雾化液滴破碎、运动等过程的影响，总结了各参数之间的关系、总结了空腔雾化电极的雾化规律，为以后更好地应用空腔雾化装置提供重要的指导意义。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景、目的和意义

1.1.1 研究的背景

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 国外的研究现状及分析

1.2.2 国内的研究现状及分析

1.3 课题的主要研究内容及创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 创新点

第2章 液体在静电场中的雾化理论

2.1 雾化液滴的荷电机理

2.1.1 液体的导电现象

2.1.2 雾滴的荷电

2.1.3 雾化液滴的破碎

2.2 荷电射流液滴的动力学模型分析

2.2.1 荷电液滴所受的力

2.2.2 荷电液滴的动力学方程

2.3 小结

第3章 静电场对蒸馏水雾化效果影响的研究

3.1 实验装置及方法

3.1.1 实验装置

3.1.2 实验方法

3.2 空腔雾化参数的选取

3.2.1 极板间距对空腔雾化放电的影响

3.2.2 空腔雾化电极的直径对雾化放电的影响

3.3 液滴的雾化过程分析

3.3.1 液滴泰勒锥的形成过程

3.3.2 液滴在电场中的运动

3.3.3 液滴在电场中的破碎

3.4 小结

第4章 静电场对离子性溶液雾化效果影响的研究

4.1 两种液滴泰勒锥的形成过程

4.2 两种液滴在电场中的运动过程

4.2.1 两种液滴雾化角的对比

4.2.2 相同雾化参数下两种液滴运动参数的对比

4.3 小结

第5章 结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果