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一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴及其系统

  • 发布时间: 2024-07-15
预算 双方协商
基本信息
成果方:江苏大学
合作方式:技术转让
成果类型:发明专利,
行业领域
先进制造技术
成果描述

本发明公开了一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴及其系统,圆柱体结构的喷嘴主体,喷嘴主体内部沿轴向设有注液腔,注液腔的底部通过亲水附着面与发射尖锥相连,所述喷嘴主体连接高压发生器;由于尖锥角电荷密度集中,因此每个发射尖锥可产生射流,通过改变导流曲面倾斜角度,液体将沿着不同方向喷出雾化,故改变发射尖锥的数量和导流曲面的倾斜角度,即可实现射流数量的改变和喷射方向的调整;此外,喷嘴末端添加了亲水附着面并将喷嘴主体倒置运行,抑制了大流量雾化过程中液面的轴向扰动,使大液锥更容易收缩扁平形成液膜,在实现对稳定多股射流精确控制的同时大幅增加了雾化流量,拓展了静电雾化在多领域的应用效能。

应用范围
静电雾化通常是指将工质流体通过毛细管送入气体介质后,在静电场的作用下荷电液滴在毛细管出口处破碎成细小的液滴的现象。根据施加电压、液体流量、电极结构以及流体物性的不同,荷电雾化可产生不同的演变模式,如滴状模式,脉动模式、锥射流模式、多股射流模式。由于锥射流模式下雾化过程相对稳定且产生的液滴单分散性良好,所以通常在锥射流模式下获得微米或纳米量级液滴。近些年来静电雾化由于独特的应用价值被广泛的应用在诸多场合,如静电沉积、质谱分析、食品和药物加工、喷雾冷却、燃料喷雾燃烧等方面。
由于雾化液滴的粒径与供给流量成正相关,所以在锥射流模式下无法大幅提高雾化流量以提高生产效率,所以相关的学者逐渐将目光放在多股射流模式。多股射流模式可以看作是喷嘴出口处多个单锥射流组合雾化以提高雾化流量,传统一般采用平口毛细管喷嘴在较高的荷电电压下达到此模式,但平口喷嘴下多股射流的单股射流会发生剧烈的摆动,不断的发生空间位置上的转移,难以保持稳定,影响雾化液滴的单分散性,同时雾化电压过高容易发生电晕放电,长时间的稳定运行得不到保证。因此,上述提高雾化流量方法的局限性使得静电雾化技术难以获得多领域大规模的推广应用。


前景分析
本发明的有益效果:
1、本发明为一种可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,由于在喷嘴主体的喷射端加工有多个发射尖锥,发射尖锥的尖端结构有利于局部电荷密度的增加,进而容易形成多股射流。同时通过改变导流曲面与亲水附着面的倾斜夹角θ的大小,使液体沿着不同方向雾化喷出,所以通过改变发射尖锥的数量和导流曲面的倾斜夹角θ,即可进行射流数量调整和喷射方向改变,最终实现雾化区域的精确控制。
2、如图10所示的传统平底毛细管喷嘴在静电雾化的过程中,喷嘴口流出的液体会倒吸贴附在毛细管外壁,受到重力落下后落入弯液面中,导致某个股射流的流量突变,受失衡,破坏了雾化的稳定,而本申请可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴在实际运行中,喷嘴倒置设计使待雾化液体溢出并贴附在管壁外侧的液滴受重力沿着喷嘴外壁缓慢滑落,有效抑制了液滴突然落入弯液面造成的液面波动和射流的不稳定性。
3、如图10传统平底毛细管喷嘴在管径和流量提升后,静电雾化过程中弯液面受到重力和电场力的相互牵拉难以收缩扁平,极易出现弯液面的轴向及径向扰动,导致射流位置转移和射流间隙喷射,而本申请可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴,一方面底部添加了亲水附着面,在不阻碍雾化液体通过的同时,提升了喷嘴末端对弯液面的吸附能力,另一方面喷嘴倒置设计使得弯液面处液体的重力变为收缩扁平的动力,抑制了液面的轴向扰动,使大液锥更容易收缩扁平形成液膜,增强了多股射流的稳定性。
4、本申请可控射流数量和喷射角度的静电雾化喷嘴可在多股射流模式下稳定运行,相对于锥射流成倍增加了毛细管供给流量,无需阵列集成毛细管喷嘴,大幅降低加工成本;在稳定多股射流下每股射流产生液滴尺寸小于相同流量下锥射流尺寸数倍,减小了雾化液滴的粒径,提升了雾化质量。


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    霍元平

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