高壓靜電場中液體射流的霧化及應(yīng)用

1、高壓靜電場中液體射流的霧化及應(yīng)用    利用靜電場來提高液體射流的霧化效果是近年來發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),它是應(yīng)用高壓靜電技術(shù)使液體介質(zhì)經(jīng)過噴嘴后通過不同方法帶上電荷,形成荷電霧滴群。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在靜電噴涂,靜電印刷,污染研究,氣象試驗(yàn),農(nóng)藥噴灑以及核反應(yīng)堆燃料添加等領(lǐng)域。應(yīng)用液體射流霧化技術(shù)在一定的高壓靜電場中即可有效地實(shí)現(xiàn)液滴的微?；?它可以降低霧滴尺寸、提高霧滴譜的均勻性和沉積效率,同時(shí)在節(jié)省原料、提高液體利用效率、減少污染等方面的作用日益突出。因此,高壓靜電場中的液體射流霧化是當(dāng)前必須研究的一個(gè)新課題,具有非常重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文針對

2、目前國內(nèi)外靜電霧化技術(shù)的初步研究現(xiàn)狀,依據(jù)靜電學(xué)原理和針-板電極電暈放電機(jī)理,在荷電液體射流霧化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建立相關(guān)仿真模型,運(yùn)用數(shù)值分析方法,從試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬與計(jì)算等方面深入闡述高壓靜電場中液體射流的霧化機(jī)理,它將為荷電液體射流的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供重要的參考依據(jù)。本文還對靜電涂油機(jī)的噴涂霧化試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入探討,對提高其噴涂霧化效果的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了必要的分析。該課題的研究對于開發(fā)新型的靜電涂油機(jī)和高效節(jié)能的靜電噴涂設(shè)備、拓展現(xiàn)有的高壓靜電場和射流理論有十分重要的意義。本文的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:對液體射流在高壓靜電場中的荷電機(jī)理及霧化過程進(jìn)行了理論分析與研究,將射流長度、霧

3、化角和液滴粒徑及其分布作為靜電場中描述液體射流霧化的主要指標(biāo)。提出將荷電液體射流的霧化過程分為射流區(qū)、過渡區(qū)和霧化區(qū),研究了液體在各個(gè)區(qū)的運(yùn)動(dòng),深化了荷電液體射流霧化的實(shí)質(zhì)。依據(jù)靜電學(xué)原理,對靜電場中液滴的荷電方式進(jìn)行了深入探討,給出了高壓靜電場中液滴荷電量的計(jì)算方法和液滴破碎的理論臨界場強(qiáng);依據(jù)高壓靜電場中液滴的受力情況,確定了液體射流荷電液滴的運(yùn)動(dòng)方程,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了荷電液滴的理論最大運(yùn)動(dòng)速率。根據(jù)初始液滴總能量原則,通過理論分析與計(jì)算得到了荷電液滴一次分裂為兩個(gè)和一次分裂為多個(gè)的理論數(shù)學(xué)模型,它為進(jìn)一步研究荷電液滴的多次分裂提供了理論依據(jù);對不同荷電液體射流的霧化過程和現(xiàn)象進(jìn)行全面和

4、系統(tǒng)地試驗(yàn)研究,通過自行設(shè)計(jì)、組裝荷電液體射流霧化的試驗(yàn)裝置,分別從宏觀(射流長度和霧化角)和微觀(濃度分布和液滴粒徑)觀察同一環(huán)境下煤油、乳化劑、酒精和柴油等不同液體介質(zhì)在高壓靜電場中的霧化過程,總結(jié)不同液體射流在高壓靜電場中的霧化規(guī)律;對針-板電極負(fù)電暈放電特性進(jìn)行分析,建立了噴嘴與接地電極之間的高壓靜電場簡化模型,結(jié)合電磁場仿真軟件和有限元數(shù)值計(jì)算方法分別探討了完全空氣介質(zhì)和空氣介質(zhì)中摻有液態(tài)介質(zhì)的針-板電極空間靜電場變化規(guī)律,它將為獲得荷電液體射流最佳的霧化效果和控制液滴在空間靜電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡提供重要的參考依據(jù);基于荷電液體射流的數(shù)學(xué)和物理模型,利用廣義坐標(biāo)下的拉格朗日方程,建立了針

5、-板電極靜電場作用下無粘性液體射流的色散方程。結(jié)合不同的液體介質(zhì),分析了電歐拉數(shù)、電極間距、射流半徑等因素對荷電液體射流的軸對稱模型和非軸對稱模型的影響,揭示了荷電液體射流不穩(wěn)定性的實(shí)質(zhì);將有限差分技術(shù)耦合到流體力學(xué)中,解決了在荷電液體射流表面的Poisson方程和Navier-Stokes方程?；贑FD求解方法,對二維荷電液體射流的霧化進(jìn)行了數(shù)值模擬,它為荷電液體射流的深入仿真研究提供了重要的理論基礎(chǔ);通過靜電涂油機(jī)的油液霧化試驗(yàn)得到了影響油液霧化質(zhì)量的主要因素。根據(jù)MATLAB程序來定量計(jì)算、分析得到了靜電涂油機(jī)噴射霧化的射流長度、霧化角和油線間距的試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用多元回歸法,分別歸納計(jì)算

6、出三者同電壓、刀梁到鋼板之間的距離二因素的理論回歸數(shù)學(xué)模型。依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了靜電涂油機(jī)噴涂霧化過程的動(dòng)態(tài)模擬;依據(jù)靜電噴涂原理,從靜電涂油機(jī)的油液荷電裝置方面對現(xiàn)已研制的靜電涂油機(jī)做進(jìn)一步改進(jìn),理論結(jié)合試驗(yàn),找出了提高現(xiàn)有靜電涂油機(jī)噴涂質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù),它為開發(fā)和研制出新一代高效、節(jié)能環(huán)保型的靜電涂油機(jī)提供了重要的參考依據(jù)。同主題文章1.    歐陽克誠,田中捷. DUMA靜電涂油機(jī)的修復(fù)改進(jìn)' J. 冶金設(shè)備. 1998.(02)    2.    田中捷

7、,喬沙林. 板帶涂油機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用及國產(chǎn)靜電涂油機(jī)的研制' J. 機(jī)電一體化. 1997.(01)    3.    嚴(yán)春吉,解茂昭. 氣動(dòng)力對空心圓柱形液體射流分裂與霧化特性的影響' J. 大連海事大學(xué)學(xué)報(bào). 1998.(02)    4.    王家青,高全杰. 靜電涂油機(jī)中下刀梁斜噴技術(shù)計(jì)算機(jī)模擬及實(shí)現(xiàn)' J. 機(jī)床與液壓. 2004.(05)    5. 

8、   何勇靈,史紹熙,郗大光,劉寧,秦建榮,杜青. 蒸發(fā)粘性液體射流不穩(wěn)定性理論分析' J. 洛陽工學(xué)院學(xué)報(bào). 1999.(03)    6.    王哲,高全杰. 基于QFD的靜電涂油機(jī)軟件支持系統(tǒng)研究' J. 機(jī)械制造. 2009.(06)    7.    王哲,高全杰. 基于VB和有限元的靜電涂油機(jī)涂油室輔助設(shè)計(jì)分析軟件研究' J. 機(jī)械制造. 2009.(08) 

9、   8.    張鳳閣,于濤,王正. 檢測與數(shù)控技術(shù)在種子靜電處理系統(tǒng)中的應(yīng)用' J. 測試技術(shù)學(xué)報(bào). 2005.(02)    9.    王哲,高全杰,陳庭貴,尹強(qiáng). 基于OpenGL的靜電涂油機(jī)靜電霧化動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)' J. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)理工卷. 2009.(01)    10.    金志明,栗保明,余永剛. 高速液體受限射流擴(kuò)展形態(tài)研究' J. 爆炸與沖擊. 1