荷电液滴雾化演变过程的可视化研究

基于显微高数数码摄像技术对毛细通道荷电液滴雾化模式的演变过程进行了可视化研究。以不同乳化状态的生物柴油、无水乙醇、去离子水为研究介质,采用带有显微变焦镜头的高速数码相机对荷电液滴雾化的显微形貌进行了微距拍摄,探讨介质电导率、黏度及表面张力等对荷电液滴雾化模式演变的影响规律。实验结果表明:随着电导率的增加,维持滴状模式的荷电电压区间逐渐变窄,脉动模式的电压区间逐渐扩大,而锥射流模式的电压区间逐渐缩短。对于低表面张力的绝缘性液体,黏度的降低可获得亚微米级或纳米级的稳定多股射流喷射羽。而对于低黏度的绝缘性液体,表面张力的增加会导致荷电雾化的雾滴平均粒径偏大且不均匀。     

异性荷电液滴非聚合特性的实验研究

基于显微高数数码摄像技术对异性荷电液滴对撞行为的演变过程进行了实验研究。以不同离子浓度的盐酸水溶液为研究介质,精确捕捉了不同电压下异性荷电液滴的非聚合破碎形貌特征,探讨了介质电导率等对异性荷电液滴非聚合及破碎特性的影响规律。实验结果表明:低电导率液滴在较高电压下的动力学行为表现为非接触反弹。随着电导率的增加,液滴对撞过程的动力学行为表现为非接触破碎,液滴尖端的离子浓度在发生空气放电前达到瑞利极限。液滴破碎行为的剧烈程度与液体电导率成正比,高电导率液体在较低的电压区间便观察到液滴的破碎行为,且液滴拉伸速率及破碎体积对电场强度的变化更加敏感。     

荷电液滴捕集颗粒物特性的研究

设计了荷电液滴捕集颗粒物的实验装置,对自由落体荷电液滴捕集颗粒物特性进行了实验研究。荷电液滴穿过粉尘室捕集颗粒物并在载玻片上铺展,利用显微镜对不同下落高度和荷电量的荷电液滴吸附的颗粒物在液滴表面的沉积特性进行了观察和分析。实验表明:荷电液滴的颗粒物捕集量高于非荷电液滴一个数量级以上;颗粒物在荷电液滴表面发生了显著的团聚现象;荷电液滴的迎风面是捕集颗粒物的主要区域,但是颗粒物的实际沉积区域小于液滴的半球面;降低下落高度或增大荷电量能够提高液滴对颗粒物的捕集半径,但是会加剧液滴捕集效率的波动;在一定的雷诺数范围内,液滴对颗粒物的捕集量与其电荷量呈线性比例关系。     

组合电极荷电雾化的实验研究

为合理设计微小尺度液体燃料荷电喷雾燃烧器,开展了不同运行参数下喷雾特性的PDA(相位多普勒粒子分析仪)实验研究.实验段采用由喷嘴电极-环形电极-收集网格形成的组合电极结构,以乙醇为燃料,控制不同的喷嘴电压、环形电极电压、流量、收集网格位置等参数,测试了不同条件下的喷雾粒径、轴向速度、轴向脉动速度.在本文实验工况下发现:喷嘴电极电压的增加,粒径和速度减小.环形电极可显著减小喷雾粒径和速度。在环形电极感应荷电的作用下,粒径随着环形电极电压增加而增大。流量越小,粒径、速度越小,喷雾更稳定.增大收集网格到喷嘴出口距离,由于液滴蒸发的作用会使液滴粒径变小,在液滴粒径变小和黏滞力的双重作用下液滴轴向速度减小。     

疏水表面单液滴荷电蒸发的特性研究

综合运用PIV、高速数码及图像处理技术,对不同电导率液滴在外加电场下蒸发的显微形貌特征及内部微流动进行了可视化研究。通过荷电液滴内部的速度云图及流线图,探究内部流动速度及流动状态与电场力、液体电导率等因素的关系,对液滴荷电蒸发过程的各个蒸发模式进行了定义。给出了液滴的内部微流动与电场力的关系,对疏水表面液滴荷电蒸发过程的变化趋势进行了标准化处理,给出相应方程,并与实验进行了对比。     

电场强化酯交换过程中醇油两相分散特性研究

电场对相间传质和相分散具有强化作用。为了探究电场强化酯交换反应的作用机理,基于电场作用下碱催化醇油酯交换反应动力学的分析,采用显微高速摄像技术对NaOH作为催化剂的酯交换反应体系中液滴的荷电分散行为及演变过程进行了可视化研究,精确捕捉了不同电场强度下液滴在连续相中荷电破碎的显微形貌特性.结果表明随外加电场强度的增加,液滴在连续相中的荷电破碎速率加快,液滴尺寸显著下降,有利于酯交换反应的强化.     

醇在油相中荷电雾化的实验研究

电场作用下荷电多相反应系统在强化传质和相间作用方面具有显著的优势,有利于克服酯交换反应制备生物柴油过程中两相互溶性差的问题。本文基于显微高速摄像技术对油相中乙醇荷电破碎行为的演变过程进行了可视化研究,精确捕捉了不同毛细管口场强下荷电乙醇液滴破碎的显微形貌特征,探讨了电场强度影响下破碎模式的演变规律。实验结果表明,随着毛细管口电场强度的增加,醇在油相中的荷电雾化依次经历了滴状模式、单滴破碎模式、枝权状破碎模式及膜状破碎模式,且生成液滴的尺寸逐渐减小。膜状破碎模式下,形成大量微小液滴,可快速实现油醇两相的混合,为酯交换反应过程提供一种有利的反应环境。     

荷电液滴捕集细颗粒物的数值模拟研究

对固定荷电液滴吸附细颗粒物进行了数值模拟计算。采用微漏电模型计算电场分布和作用在液滴上的电场力。利用VOF模型追踪液滴自由界面,考虑自由界面流体体积分数过渡引起的物性参数变化。通过求解牛顿方程计算固体细颗粒物的运动轨迹。计算模拟了细颗粒物在库仑力、电场力、流体黏阻以及重力的作用下脱离基底被荷电液滴捕集的全过程,分析了不同电场强度、颗粒粒径以及液滴粒径等因素对吸附效率的影响。计算结果与实验结果吻合较好。     

激波诱导液滴变形和破碎现象实验研究

本文介绍了用于激波诱导液滴变形和破碎现象研究的实验系统及方法,详细分析了激波与液滴相互作用以及液滴加速、变形和破碎过程,为进一步研究激波诱导的液滴内流场性质及气液相间相互作用对液滴变形和破碎的影响机制提供了基础实验数据。     

大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1 nm(N关键词： 滑动弧等离子体 非平衡等离子体 脉动特性 发射光谱