生物柴油雾滴静电破碎机理与实验研究

为获得良好的生物柴油雾化效果,通过模型计算和实验测量研究了生物柴油雾滴在静电场中的破碎现象和机理。采用Rayleigh不稳定条件建立了生物柴油的静电破碎模型,获得了影响生物柴油静电破碎的主要因素以及不同影响因素下雾滴荷质比,并采用相位Doppler粒度分析仪(PDPA)和Faraday筒检测了生物柴油静电雾化的雾滴粒径分布与荷质比。研究表明:为了满足Rayleigh极限与Taylor极限,雾滴一方面在表面电荷(包括过剩电荷与非过剩极化电荷)的作用下克服雾滴表面张力实现Rayleigh破碎,另一方面在静电场诱导的极化力作用下产生变形,实现Taylor破碎。理论分析认为影响生物柴油雾滴破碎的关键因素包括荷电量、速度和温度,因此加热、提高射流速度以及雾滴荷质比是改善生物柴油雾化效果的有效措施。实验测量中发现生物柴油雾滴的典型荷质比约为10-9～10-8 C/g,远低于10-6 C/g的理论计算值。分析认为雾滴破碎中的静电能消耗、非过剩电荷引起的带电量增加、雾滴极化、流体力剪切破碎以及生物柴油物理特性等是造成理论分析与实验结果存在较大差距的主要原因。

静电场中雾滴表面诱导电荷对雾滴破碎的影响

为了研究静电场在雾滴表面极化产生的诱导电荷对雾滴破碎的影响,通过带电介质球理论模型分析了静电场中荷电雾滴表面的电场强度,推导了电位移、极化强度以及电场强度3者之间的关系,获得了雾滴表面自由电荷以及诱导电荷表达式。研究分析了不同液体介质在不同雾滴粒径时表面达到最大电荷密度时的理论临界场强,并对柴油雾滴表面诱导电荷进行了计算,获得了典型电场强度下雾滴表面诱导电荷密度与最大电荷密度之间的关系,并分析了空气临界击穿电场强度时,雾滴表面自由电荷与诱导电荷之和与Rayleigh极限之间的关系。研究表明:静电场诱导的表面电荷对雾滴的破碎有着重要作用,雾滴极化后,在雾滴一侧表面总的电荷密度显著增强,使得雾滴表面局部区域电荷密度接近或者达到Rayleigh极限;同时,由于静电场的存在,雾滴将受到与电场强度方向一致的拉力,使得雾滴变成椭球体(趋向Taylor极限),增加了破碎的可能性。实际实验过程中,即使雾滴表面自由电荷和诱导电荷密度之和仍小于最大极限电荷密度,但由于Taylor极限、表面张力降低以及Reynolds数等其他因素的影响,雾滴仍将发生破碎。

柴油荷电雾滴薄片剥离式破碎模型研究

燃油静电喷雾技术可以提高柴油的雾化性能，并能降低废气的排放。通过理论分析研究了柴油荷电雾滴薄片剥离式静电破碎，并采用已有试验结果进行验证。在考虑韦伯数和雷诺数影响下，通过瑞利极限分析了影响柴油雾滴破碎的主要影响因素，并计算了雾滴静电薄片剥离式破碎的临界荷质比，其临界荷质比的数量级约为10^-6～10^-5C／g，而在试验室获得的雾滴粒径范围内其荷质比式验值数量级为10^-6C／g。研究结果表明：在静电场作用下雾滴带有净电荷或者极化电荷，柴油雾滴以薄片剥离式破碎发生了瑞利破碎与泰勒破碎，试验数据与理论分析值较为接近，为柴油雾滴在低压下的静电破碎提供了有力依据。同时，柴油荷电雾滴发生破碎后其数密度大量增加，雾滴间产生聚并趋势，雾滴容易结并因而索太尔平均直径出现峰值，使雾滴粒径与荷电电压呈现非单调性曲线关系。

荷电喷雾技术在除尘与空气净化调节中的应用

荷电喷雾技术是指液体在机械力或者气动力的作用下形成雾滴,并经过电晕、感应或者接触荷电后带上电荷,从而形成荷电喷雾或荷电气雾两相流的过程。荷电喷雾具有雾滴粒径尺度均匀、空间弥散程度高以及在目标物上较好的沉积特性(特别是目标物背面),而广泛应用于农牧业病虫害防治、喷雾喷涂以及废气颗粒物脱除等领域。从粉尘脱除机理、电场或者电荷对脱除吸收的增益机理、空气净化与温湿度调节机理等方面入手阐述了荷电喷雾技术以及在粉尘捕集、废气脱除以及空气净化与温湿度调节等方面应用现状以及发展趋势,认为荷电喷雾水雾除尘技术发展较早、技术成熟可靠,并已经投入实际应用;同时认为对荷电喷雾烟气脱硫和空气净化与温湿度调节的深入研究有助于达到提高烟气处理效率、降低液体消耗的目的,为开发和推广新型烟气脱硫技术以及开发室外温湿度调节装置开辟新途径,并提出大力开展荷电雾滴输运特性与蒸发特性、颗粒物聚并以及表面运动特性的研究是提高荷电喷雾技术水平和装置开发能力的重要前提。