旋杯式静电雾化的实验研究

摘要

旋杯式离心雾化具有雾滴粒径分布均匀、喷嘴不易堵塞及可控性强等优点，广泛应用于工、农业生产等领域，对旋杯雾化进行荷电能够显著提高雾化液滴穿透力和沉积分布均匀性，在提高喷洒效率的同时减少了对环境的污染。本文基于旋杯式离心雾化技术和静电雾化技术设计了一种新型、高效的旋杯式静电雾化系统，对其荷电性能、雾化机理及特性开展了研究，主要工作如下:
　　1.对流体在旋杯内的运动受力及在旋杯外的雾化进行了研究;在分析旋杯外液滴的三种分裂模式滴状、丝状和膜状分裂模式的基础上，获得各分裂模式下预测雾滴粒径的表达式及各种模式之间相互转化的临界条件，结合荷电喷雾理论，分析了荷电对旋杯式离心雾化过程及雾化特性的影响规律。
　　2.建立了旋杯式静电雾化荷质比测试实验台，结合高速数码摄像技术，分析了不同的雾滴分裂模式下荷质比的变化规律。结果表明，流量一定的条件下改变转速:滴状分裂模式下雾化雾滴的荷质比较小且随着荷电电压的升高荷质比增长较慢;丝状分裂模式下雾化雾滴的荷质比较大且随着荷电电压的升高荷质比增长较快。转速一定的条件下改变流量:分裂模式不变时，雾化液滴的荷质比及其增长率变化不大;分裂模式改变时，在所有的分裂模式中，丝状分裂模式下雾化液滴的荷质比及其增长率达到最大值。
　　3.基于高速数码摄像技术和图像处理技术对旋杯边缘液滴的分裂行为进行了可视化研究，分析了荷电对旋杯式静电喷雾雾化特性及雾滴分裂过程的影响规律。结果表明:We数较低时，滴状分裂模式下，离心力与表面张力对液滴分裂过程的影响均很大，增加荷电电压，滴状分裂模式逐渐向丝状分裂模式转变，雾滴粒径逐渐减小，雾化液滴喷幅先增大后减小，雾滴沉积分布越来越均匀。随着We数的增大，丝状分裂模式下，离心力逐渐在液滴分裂的影响因素中占主导地位，表面张力的改变对液滴分裂过程的影响减小，增加荷电电压对雾滴分裂模式的影响减弱，能够改善粒径分布的均匀性。
　　结合理论分析和实验研究对旋杯式静电雾化系统的荷电性能、雾化机理及特性进行了系统的研究分析，为旋杯式静电雾化技术在生产过程中最佳工况的设置提供理论依据，对现代化农药喷洒、消毒防疫等领域具有重要的工程意义。

目录

声明

摘要

符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 静电喷雾的国内外研究现状及趋势

1．2．1 荷电喷雾技术的研究概况

1．2．2 离心雾化的研究现状及发展趋势

1．3 本课题的主要研究内容

第二章 旋杯式静电雾化机理

2．1 液滴的形成机理

2．1．1 滴状模式

2．1．2 圆柱射流破碎模式

2．1．3 液膜破碎模式

2．2 荷电喷雾理论

2．2．1 静电力作用下液体的雾化

2．2．2 气动力作用下液滴的荷电雾化

2．2．3 液滴的荷电方式

2．3 旋杯式静电雾化理论

2．3．1 流体在旋杯内流动的力学分析

2．3．2 旋杯外流体雾化的理论分析

2．3 本章小结

第三章 旋杯式静电雾化荷电性能的实验研究

3．1 荷电效果的评定参数及测量方法

3．1．1 荷电效果的评定参数

3．1．2 荷电量的测量方法

3．2 实验装置及方法

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果及分析

3．3．1 荷电电压对荷质比的影响

3．3．2 转速对荷质比的影响

3．3．3 流量对荷质比的影响

3．4 本章小结

第四章 旋杯式静电喷雾雾化特性的实验研究

4．1 实验装置及方法

4．2 基于Matlab的雾化图像处理方法

4．2．1 图像处理

4．2．2 粒径的测量

4．3 实验结果及分析

4．3．1 旋杯式离心雾化特性

4．3．2 荷电对雾滴索特平均粒径的影响

4．3．3 不同We数下荷电对旋杯式离心雾化过程的影响

4．3．4 荷电对喷幅及沉积分布的影响

4．4 本章小结

第五章 总结及进一步工作展望

5．1 全文工作总结

5．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研情况