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.     

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。     

荷电液滴脉动变形特性的实验研究

为探讨荷电液滴的变形机理,对滴状模式下荷电液滴的脉动变形特征进行了实验研究。综合考虑毛细管经、荷电电压及液滴的物性参数,采用带有显微变焦镜头的高速数码相机对荷电液滴进行了微距拍摄,并结合图像处理技术研究了荷电液滴的脉动变形问题。实验结果表明:随着电压的增加,液滴的最大变形率逐渐增大,但其脉动变形周期却逐步减小。对于导电性液体,电导率对荷电液滴的变形率及脉动周期影响微弱。表面张力与荷电液滴的最大变形率呈反比,与其脉动变形周期呈正比。     

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。     

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。     

基于单液滴实验的闪沸喷雾二次破碎机理研究

为了深入研究闪急沸腾喷雾二次破碎即大尺度液滴的破碎机理,本课题以甲醇和乙醇两种燃料为研究对象,利用特殊设计的过热液滴发生器,通过显微阴影成像技术捕捉并分析处于闪沸状态过热液滴的宏观形态、内部空隙率及其破碎特性,研究表明:甲醇及乙醇两种燃料的过热液滴形态主要受液滴温度和过热度影响,而当过热度增加时,液滴内空隙率逐渐增加,从而显著降低了液滴的表面张力。此外,当过热度达到250C时,过热液滴内部空隙率超过50%从而发生剧烈破碎,伴随产生大量小尺度液滴,标志着闪沸喷雾二次破碎模式由传统的机械破碎模式向热力学破碎模式的转变。同时结果表明对于两种实验燃料,过热液滴破碎的临界过热度及对应的空隙率数值基本不变。     

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。     

制备复合液滴的微尺度流动方法

微尺度流动能够一步到位地制备不同结构和功能、尺寸在微米量级的复合液滴.文章回顾了几种常见的基于复合液滴的微尺度流动方法,包括同轴电雾化、复合流动聚焦、微流控芯片、玻璃微毛细管等,并对各种技术的原理和进展进行了简要概括和分析.在这类流动中,不同种类的流体在一定的几何结构通道或外力场作用下平稳地拉伸成微细射流并最终破碎成复合液滴.在同轴电雾化和复合流动聚焦技术中,从毛细管流出的流体能够形成稳定的锥-射流结构,当外力作用改变时能够形成不同的流动模式.在微流控芯片和玻璃微毛细管技术中,流体被约束在固定管道内,不同管道构型下能够形成不同的流动形态.这些方法都采用纯物理机理,过程稳定、易于操作,制备的复合液滴粒径可控,单分散性好,微观结构可设计,在科学研究和工程实际中具有重要的应用价值.      

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。     

超声波去除铝表面残留液滴的试验研究

对频率20 kHz的超声波作用下竖直铝表面残留液滴的去除过程进行了快速可视化观测。对不同超声功率下铝表面液滴的去除时间进行了对比分析,同时对超声波作用下不同粒径液滴的去除时间进行了对比研究。试验结果表明,超声波可以瞬间去除竖直铝表面附着液滴且铝表面液滴去除过程可分为动力变形期以及破碎雾化期两个阶段。随着超声功率的增大,液滴的动力变形期变短,液滴越早进入破碎雾化期;此外,液滴粒径的增大使得液滴的动力变形时间以及破碎雾化时间均显著增加。结果验证了超声波去除铝板表面残留液滴的可行性,为有效去除表面残留液滴提供了可能。     

电场下液滴撞击过冷超疏水表面行为研究

本文通过观察液滴在电场作用下撞击不同温度的超疏水表面时的凝固相变行为以及运动特性。实验发现,当壁面温度一定时,随着电场强度的增加,液滴撞击表面的最大铺展系数无明显变化,同时液滴回缩拉伸出现了三种分裂模式,当电场强度较低时,出现珠状分裂;随着电场强度的增加,出现过度状态,进而出现丝网分裂;当电场强度足够大时,整个液滴直接反弹。当电场强度一定时,随着壁面温度的降低,液滴撞击表面的最大铺展系数无明显变化,撞击后液滴拉升高度变化不大,但反弹高度随壁面温度的降低而降低。     

液滴变形-袋式-多模式破碎转换研究

液滴破碎是影响内燃机燃烧的核心因素,其直接决定喷雾特性、蒸发速率以及混合气形成。为了揭示宽参数空间下液滴破碎模式之间的转换机理,本文采用简化耦合的多相流模型S-CLSVOF以及自适应网格加密技术对液滴在气流中的破碎过程进行了数值模拟研究。同时进一步将模拟结果与基于Rayleigh-Taylor失稳机理的理论模型进行比较并对其参数进行了修正。结合理论分析和数值模拟探讨了液滴破碎模式之间的转换。     

高炉渣熔融液滴撞击壁面行为特性实验研究

针对高温熔渣粒化技术的开发,本文通过可视化实验研究了高炉渣熔融液滴撞击不锈钢壁面的动态行为特性。结果表明:随液滴雷诺数增大,撞击过程液滴形态演变模式依次由铺展-回缩转变为铺展-回缩破碎和铺展-破碎-凝固;增大壁面粗糙度可减弱与壁面换热,抑制液滴铺展;减小壁面粗糙度促进液滴发生破碎;液膜回缩过程普遍出现回卷现象,壁面倾角越大,液膜回卷和液滴滚动现象越显著,且液滴铺展面积越大,在壁面停留时间越长;减小液滴雷诺数、减小壁面粗糙度并采用垂直粒化仓壁面有利于壁面防黏结。     

高压微孔圆柱液体射流破碎实验研究

借助高速摄影及显微技术对高压微孔圆柱射流破碎过程进行可视化实验研究。结果表明:高速显微摄影能够清晰捕捉射流的细微结构特征,高压微孔射流沿流向破碎是渐变过程,可分为四个阶段,分别是,表面波动产生与发展阶段、液滴开始剥离且射流直径显著减小阶段、射流开始断裂阶段、独立液块形成阶段。实验结果表明,高雷诺数下湍流引入的流场脉动不遵循瑞利模式下表面波的线性增长和端部破碎的规律。     

直流电场作用下生物柴油液滴的雾化特性和燃烧特性研究

设计搭建了电场作用下燃油液滴燃烧实验装置,对比了不同电压下生物柴油液滴的形态演变、变形程度、子液滴等行为,分析了不同电压下液滴火焰形貌演变、火焰尺寸等燃烧特性及最高液滴温度变化。结果表明,电压为3 k V和4 k V的电场会诱发生物柴油液滴产生锥射流,其破碎生成子液滴,尺寸范围为20～120μm,速度基本低于2.5 m·s^-1;受电场对火焰和液滴的综合影响,火焰变化主要表现为高度减小、宽度增大,纵横比减小;电压为1 k V和2 k V的电场降低了最高液滴温度,而当电压增加至3 k V和4 k V时最高液滴温度增加。     

密立根油滴仪测量粉尘荷电量的探讨

1.引言在静电除尘、静电分选和静电复印等应用领域,均需要对不同的粉体、尘粒和液滴进行荷电。研究不同颗粒在气溶胶中的荷电特性对于上述应用设备的改进,从而提高其效率和质量有着十分重要的意义。密立根油滴仪在实验教学中一直被用于测量油滴的荷电量,而本文测量了两种粉尘在电晕放电条件下的荷电特性,从而显示出密立根油滴仪在工业应用和科学研究中的广泛应用前景。     

匀强电场作用下液滴撞击壁面的动态行为

基于Open FOAM开源软件平台,采用VOF方法耦合电场方程组,数值模拟匀强电场作用下液滴撞击壁面的动态行为,研究电场强度、壁面浸润性对液滴行为的影响,获得电场、流场相互耦合作用下液滴周围电荷密度、电势的分布,重点关注电场力、电荷密度和壁面润湿性对液滴拉伸、撕裂的影响。研究结果表明:电场对液滴运动影响显著,电场力促使液滴拉伸高度增加;随着电场强度增强,电荷集中在液滴尖端,导致液滴喷射现象发生。液滴撞击亲水壁面,底部形成泰勒锥,内部出现涡流,随着壁面浸润性的提高,液滴喷射时间提前,液滴底部不会在疏水壁面上黏接。     

液滴在气流中破碎的数值分析

液滴的破碎是液体抛撒、破碎和雾化中的一个非常重要的阶段,它直接影响到最终的液滴的尺寸和散布。为了揭示液滴破碎的机理和影响破碎的因素,本文通过应用VOF方法和湍流模型对液滴在气流中的破碎过程进行了数值计算。数值计算得到了与国外实验研究相一致的液滴破碎形状。并根据数值计算的结果,分析了几个特征参数对液滴破碎过程的影响。     

静电与流体作用下微米颗粒团迁移机理研究

由于带电微米颗粒之间存在静电、流体相互作用,颗粒团的迁移行为与单颗粒截然不同。本文以静电除尘器(ESP)中带电颗粒团迁移沉积为背景,首先探讨流体有限惯性对单颗粒扰流流场的影响,在此基础上利用Oseen动力学计算颗粒团迁移过程中的颗粒团形状演化机理。计算发现,在颗粒间流体相互作用下,颗粒团由初始的球形经历扁化、拖尾、破碎等过程,最后形成子颗粒团。随着颗粒荷电量增加,颗粒团迁移由原本的破碎模式转变为较为稳定的各向同性膨胀模式。迁移模式转变能够用荷电参数κ_q定量描述。最后,我们发现颗粒团破碎形式与颗粒初始分布不均匀性有关,并且利用Lyapunov指数定量分析了颗粒团形状不稳定性。