收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究

霍元平  
【摘要】:静电雾化是电流体力学的重要基础内容,以较低能耗(毫瓦级)可获得大量粒径细小、单分散性好、可控性强、沉积率高的荷电微液滴,在微/纳米颗粒制备、微型燃烧、空气净化、空间微动力推进及生物工程等领域应用潜能巨大。静电雾化及其应用过程中产生的复杂荷电多相流动,广泛存在着荷电液滴的变形、破碎、聚合及分离等重要现象,其耦合场下的电流体动力学特性极为复杂。特别是射流模式的稳定性问题、荷电液滴相间的动力学行为等尚不明确,涉及的科学问题新颖且极具研究价值。随着现代流动测量技术的发展,采用显微高速摄像对荷电微射流开展可视化研究并对其二次雾化模型及聚并分离机理进行解析是深入探讨荷电微射流雾化行为的一个重要途径,为发展静电雾化技术提供了理论基础。本文基于可视化研究手段对荷电液滴破碎演变行为及其电流体动力学特性开展了较为全面的研究,主要的研究工作及创新点如下:电场作用下微通道荷电液滴脱落过程中液桥的形成及卫星液滴运动形貌的可视化研究。设计并建立了单液滴诱导荷电测试实验台,精确捕捉到荷电液滴液桥的断裂形貌特征,提出采用母液滴及半月面夹角值判定液桥的断裂顺序,获得了随电邦德数增加滴状模式过渡行为的演变规律。系统研究了荷电卫星液滴聚合与非聚合的演变行为。分析了主导力的大小及方向对卫星液滴运动轨迹的影响规律,从能量守恒的角度探讨了电邦德数对卫星液滴运动行为的影响因素及作用机制,设计了单液滴电荷量测量系统并首次提出卫星液滴电荷量的计算方法,为荷电液滴间相互作用行为的机理研究提供了实验基础。荷电微射流模式的过渡转变及其不稳定性分析。创新性地利用流体动力学弛豫时间和荷电弛豫时间,揭示了不同导电性液体的射流过渡演变机制。分析了表面张力及粘度影响下的微射流雾化演变形貌特征;通过研究生物柴油的射流雾化特性,分析了射流模式转变对子液滴尺寸及速度变化的影响,探讨了微射流破碎形式对雾化特性的作用规律;对无水乙醇的射流不稳性进行分析,通过显微高速数码摄像结合PIV技术探明了荷电微射流的稳定雾化区间,获得影响锥射流及多股射流模式的射流不稳定性特征的作用因素,制定了调控微射流稳定雾化行为的准则。电场作用下异性荷电液滴的相间作用行为的研究。通过构建异性荷电液滴碰撞的可视化测量系统,借助时空分辨率较高的高速摄像技术首次发现了异性荷电液滴的非接触反弹及非接触破碎行为。从离子迁移的角度,描述了电导率影响下异性荷电液滴的接触反弹行为;首次利用气体电离理论并结合瑞利极限理论,揭示了非接触反弹及非接触破碎的作用机制。通过正交试验分析,界定了碰撞行为区间;针对非接触破碎行为,定义了破碎体积及拉伸速率来评估其电导率影响下的破碎强度。荷电液滴碰撞过程的负极端破碎研究。通过分析液滴界面曲率、高压电极极性及溶液pH值对荷电液滴破碎极性选择的影响,验证了空气环境下荷电液滴碰撞特有的负极性破碎行为。首次采用氦气环境对异性荷电液滴的非接触反弹及非接触破碎演变行为进行精确捕捉,研究氦气环境下非接触破碎行为的极性选择特征,揭示了空气环境下荷电液滴始终发生负极端破碎行为的作用机制,获得了气体电离对空气/氦气环境下异性荷电液滴的非接触反弹及破碎特性的影响规律。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 林志勇;彭晓峰;;振荡液滴内部流态[J];工程热物理学报;2007年02期
2 刘志鹏;徐进良;;T型微流控芯片中的液滴形成[J];微纳电子技术;2007年03期
3 孙炜;季杰;何伟;;人体呼出的污染液滴在空气中的蒸发和沉降特性[J];中国科学技术大学学报;2008年04期
4 崔洁;陈雪莉;王辅臣;龚欣;;撞击液滴形成的液膜边缘特性[J];华东理工大学学报(自然科学版);2009年06期
5 熊燃华;许明;李耀发;杨基明;罗喜胜;于勇波;赵铁柱;;液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2010年06期
6 张谨奕;薄涵亮;孙玉良;王大中;;三维空间液滴运动模型[J];清华大学学报(自然科学版);2013年01期
7 李大鸣;王志超;白玲;王笑;;液滴撞击孔口附近壁面运动过程的模拟研究[J];物理学报;2013年19期
8 王琪民,苏维,王文东,王清安;用高速摄影方法研究单液滴运动[J];高速摄影与光子学;1987年03期
9 E.Blaβ ,李素琴;气泡和液滴的生成和并合[J];力学进展;1990年04期
10 郑哲敏;液滴与液面碰撞时发生环形穿人的条件[J];力学学报;1990年03期
11 宋云超;宁智;孙春华;吕明;阎凯;付娟;;液滴撞击湿润壁面的运动形态及飞溅运动机制[J];力学学报;2013年06期
12 ;金属液滴成真[J];科学24小时;2013年04期
13 蔡斌,李磊,王照林;液滴在气流中破碎的数值分析[J];工程热物理学报;2003年04期
14 黄聪,胡良,康琦;双液滴热毛细迁移的实验研究[J];力学学报;2005年02期
15 林志勇,彭晓峰,王晓东;固体表面液滴在吹风作用下的振荡特性[J];热科学与技术;2005年01期
16 李强;蔡体敏;何国强;胡春波;;液滴碰撞和聚合模型研究[J];应用数学和力学;2006年01期
17 崔洁;陆军军;陈雪莉;龚欣;于遵宏;;液滴高速撞击固体板面过程的研究[J];化学反应工程与工艺;2008年05期
18 常天春;张玉;秦太验;于召亮;练国平;;微型方直管中液滴的流动与变形[J];北京理工大学学报;2008年12期
19 李维仲;朱卫英;权生林;姜远新;;液滴撞击水平固体表面的可视化实验研究[J];热科学与技术;2008年02期
20 沈胜强;李燕;郭亚丽;;液滴撞击等温固体平壁的数值模拟[J];工程热物理学报;2009年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 左子文;王军锋;霍元平;谢立宇;胡维维;;气流中荷电液滴演化的数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
2 贺丽萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年
3 熊燃华;许明;李耀发;杨基明;罗喜胜;于勇波;赵铁柱;;液-液两相介质中液滴在冲击作用下演变模式[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集(下册)[C];2010年
4 刘华敏;刘赵淼;;液滴形成与下落过程分析[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
5 郑哲敏;;液滴与液面碰撞时发生环形穿入的条件[A];郑哲敏文集[C];2004年
6 刘伟民;毕勤成;张林华;孟凡湃;薛梅;;液滴低压闪蒸形态和温度变化的研究[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年
7 吕存景;;微尺度下的液滴黏附力学[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 陈雪;朱志强;刘秋生;;固体表面液滴热毛细迁移的实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
9 郭加宏;胡雷;戴世强;;液滴冲击固体表面液膜的实验和数值研究[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
10 魏明锐;赵卫东;孔亮;沃敖波;;液滴修正零维蒸发模型的推导与分析[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘栋;液滴碰撞及其融合过程的数值模拟研究[D];清华大学;2013年
2 周源;蒸汽爆炸中熔融金属液滴热碎化机理及模型研究[D];上海交通大学;2014年
3 张璜;多液滴运动和碰撞模型研究[D];清华大学;2015年
4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴冲击散粒体运动机理研究[D];天津大学;2015年
5 霍元平;荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究[D];江苏大学;2015年
6 马玉龙;液滴辐射器辐射与蒸发特性的数值研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 古淑青;微流控液滴单细胞分析系统的研究[D];浙江大学;2011年
8 马理强;介观尺度液滴动力学特性的光滑粒子动力学模拟[D];中北大学;2013年
9 毕菲菲;液滴撞击弯曲壁面的动力学过程研究[D];大连理工大学;2015年
10 李西营;液滴撞击固体壁面的实验及理论研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔艳艳;液滴撞击倾斜壁面动力学过程研究[D];大连理工大学;2010年
2 吴方;微流控系统的高通量液滴检测[D];天津理工大学;2015年
3 龚翔;电场作用下液滴的聚结特性及高压静电破乳研究[D];集美大学;2015年
4 李艳斌;工业厂房中敞口槽散发纯水液滴的蒸发和运动规律[D];西安建筑科技大学;2015年
5 张慧;液滴在随机粗糙表面的铺展动力学仿真研究[D];苏州大学;2015年
6 苏凤婷;基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 雷庆;液滴与疏水和超疏水固体表面作用的研究[D];北京化工大学;2015年
8 伍福璋;微米级别因素对动态接触角影响的实验研究[D];南昌大学;2015年
9 李德伟;液滴碰壁铺展与振荡的研究[D];大连理工大学;2015年
10 李志江;基于液滴喷射技术的塑料增材制造系统研究与开发[D];北京化工大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 王小龙;新法可让液滴按需形成任意形状[N];科技日报;2014年
2 孙文德;液滴透镜[N];中国知识产权报;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978