高压静电场中石灰浆射流荷电特性的实验研究(2)

　　2 实验结果及其分析

　　2.1 荷质比 荷质比是反映液滴雾化荷电性能的重要指标。荷质比越大，雾滴的荷电性能及充电效果越好。荷质比的测量有法拉第法、模拟目标法和网状目标法。本实验采用网状目标法，测量装置的设计如图1所示。实验中对石灰浆通过雾化喷嘴和经环状感应电极充电后的荷电效果进行了测量。其工作原理为当荷电雾滴射入收集器被铜网拦截，收集器获得电荷并与大地构成回路，利用皮安表测得电流I，同时通过恒流泵所定流量可知t时间内的液体质量m，进而可求出荷质比：Γ=q/m=It/Qt=I/Q （1）

　　式中Γ——荷质比，单位C/kg；q——静电荷电量，单位为C；m——雾滴群质量，单位为kg；I——雾滴群释放的电流强度，单位为A；t——测试时间，单位为s；Q——液体质量流量，单位为kg/h。

　　实验所建立的荷电喷雾实验台如图1、2所示，不同电压下Ca（OH）2饱和溶液的荷质比测量结果如表1所示。

　　2.2 雾化角 在实验中可以直观地看到雾化角随电压的增大而逐渐增大。图3～图8即为雾化角随电压的变化情况。

　　2.3 雾化粒径 同时，在实验中也对雾化效果，即雾化颗粒的大小也做初步的研究。图9～图13为变电压时各电压所对应的雾化颗粒的图像。

　　2.4 实验分析

　　2.4.1 雾化角分析 在上述实验装置及实验条件下，在不同的电极电压下进行了静电雾化实验。在电极电压较低时，液体以大液滴的形式滴下，随着电压的逐渐升高，液滴逐渐减小，下落的频率也逐渐加快，当电压达到一定值时，滴状模式将不能保持。根据实验观察，雾化过程会呈现出几种较为典型的雾化模式。这几种雾化模式特征可描述如下：

　　滴状模式：当电极电压不大时，毛细管中液体以滴状形态落下。随着静电电压的增大，液滴大小逐渐减小，下落的频率也逐渐加快。电压增大到一定程度时，液滴在电场力作用下会被拉长，变为细长轴状。电压进一步增大，细长轴状会逐渐演变为锥射流。锥射流：当电压大于一定值时，液体在毛细管出口处形成锥状，即所谓的Taylor锥，射流从锥的顶端产生，在射流的端部由于外界扰动而破碎为小液滴。实验表明这种模式存在两种较为典型的类型。一种是液滴在射流端部破碎后基本沿轴向运动；而另一种类型为雾滴在射流端部形成一定锥角的伞状雾化区，并且随着电压的升高，射流段更短，雾化锥角越大。多股射流：在电压较高时，会出现2～6股射流，并且有时数股射流还会沿轴线旋转振荡扭。曲射流：电压较高时，有时射流会出现沿径向的振荡及扭曲，而振荡扭曲的频率随电压有增大的趋势。这种雾化模式只有在极小的工况范围内存在，并且极不稳定，很容易转换为多股射流。在确定的流体物性参数、确定的电极形式及毛细管直径等条件下，上述几种雾化模式的出现主要取决于电极电压及流体流量。

　　2.4.2 颗粒分析 在不同的雾化模式下，雾滴大小及直径分别呈现出不同的特点。石灰浆滴荷电雾化后，平均粒径明显小于未荷电时的粒径，并随着荷电电压的增大而降低。在稳定锥射流模式下，雾滴平均直径较小，并且随着充电电压的升高，平均滴径有规律地下降。在该雾化模式下雾滴大小可便于通过充电电压来调节。随着电压的增加，雾滴的粒径不断的减小，而且雾滴的分布趋于均匀。

　　同时，粒径随荷质比的增大也有着明显的变化。荷质比增大后，平均粒径明显小于未荷电时，并随荷质比的增大而降低。这与粒径和电压的关系表现出相似的规律。随着荷质比的增大，雾滴的粒径不断的减小，而且雾滴的分布趋于均匀。

　　3 结论

　　3.1 实验结论 ①对毛细管-环电极配置的静电雾化的雾化模式进行的实验研究，结果表明：在不同的电极电压下，流体雾化会呈现出滴状、锥射流、多股射流等几种较为典型的雾化模式。本文给出了几种典型雾化模式的特征描述，并获得了Ca（OH）2饱和溶液的雾化模式在不同电极电压下的分布图。②雾滴荷质比是随负荷电压的增加而增大的。同时电压的增加也影响了雾化角的变化。雾化角从滴状模式到锥射流，再到多股射流，最后到曲射流有明显的增大。③静电效应的引入，很好地改善了石灰浆雾滴的粒径分布。荷电后，石灰浆雾滴的平均粒径明显小于未荷电时的粒径，并随着荷电电压的增大而降低。随着电压的增加，雾滴的粒径不断的减小，而且雾滴的分布趋于均匀。