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轴流风送静电喷雾实验与数值模拟研究

唐志华  
【摘要】: 近年来,轴流风送静电喷雾在植物病虫害的防治、大型公共场所的消毒和灭菌等领域已显示其优越性。本文针对传统液力式喷雾喷射距离短,雾滴粒径大、雾滴均匀性差,药液浪费和环境污染严重等问题,从理论和实验两个方面对轴流风送静电喷雾进行了系统的研究,研究内容主要包括荷电喷雾射流流场测定、喷嘴的选型与设计、雾滴的荷电机理分析、荷电雾滴的沉积性能测量。 1.从理论上分析了不同充电电极、充电方法的荷电原理,建立了环状电极与针状电极的组合电极空间电位计算的数学模型。分析了荷电两相流中带电雾滴的受力情况,求解了运动方程。 2.建立了荷电气液两相湍流射流模型,该模型考虑了荷电与流场的耦合,气相与颗粒相的相互作用,同时考虑了颗粒本身的湍动能。 3.对喷嘴进行了选型、设计,并通过实验的方法检测了其雾化性能,结果表明:旋转式雾化喷嘴的雾化性能明显优于常用的孔口式雾化喷嘴,其雾化产生的雾滴体平均直径d_p=17.638μm。 4.通过对静电场和气相流场的实验研究表明:静电场对喷雾的效果有着明显地改善,随着充电电压的升高,雾滴荷质比增加,雾滴颗粒进一步细化,雾滴质量分布的均匀性和沉积性能都明显提高,轴流风送静电喷雾装置的灭菌实验表明,静电喷雾持续消灭细菌的能力远高于非静电喷雾,当喷洒时间为60秒时,灭菌可达90%以上;气相流场对喷雾的影响主要表现在气相对雾滴相的输运和喷雾的均匀性上,通过风送的手段能明显提高喷雾的喷射距离。通过加导流叶片的手段能明显提高气相的均匀性,提高喷雾的质量,同时,对雾滴直径的测量结果表明,轴流风送对雾滴的二次雾化作用不明显。 5.通过大量的实验建立了轴流风送静电喷雾沉积性能的经验公式。 6.对荷电两相湍流射流进行了数值模拟,用雷诺平均N-S方程加RNGκ-ε模型计算了气相背景流场,再用DPM模型计算了液滴运动并与实验结果进行比较,该模型在一定程度上可以实现对荷电两相湍流射流的预报。


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