真空静电雾化蒸发过程研究

论文摘要

静电雾化是指带电液体在高压静电场中受表面张力、重力和静电力共同作用而使液滴表面极不稳定而发生分裂成为雾滴的现象。理论上静电雾化雾滴的运动轨迹是受电场和重力场、荷质比所决定的。通过调节电场强度以及其它的一些参数可以方便的得到所需的雾滴粒径；由于雾化后液滴带有相同性质的电荷,在飞行过程中受到静电力而互相排斥,不会发生凝聚,有效降低了雾化尺寸,同时分布较均匀。基于此优点,静电雾化技术不仅在理论而且在实际工程领域得到广泛应用与研究。本文首次将静电雾化技术应用于干燥领域基础性研究,给出了一种全新的干燥工艺方法的理论设想—真空静电雾化干燥工艺。此方法是拟在真空环境下,利用高压静电雾化液体物料使之成为粒径均匀且细小的雾滴,由于雾滴周围的饱和蒸汽压较低,液体沸点降低从而使水分迅速蒸发得到最终干燥产品。此工艺采用静电雾化方法,使产生的雾滴更细,更加均匀而且可控；蒸发过程为液滴可控式自蒸发,克服了传统的干燥工艺对物料性质的破坏；获得所需的高压静电场能耗低,物料的自蒸发过程无需另外补充能量,所需的仅仅是维持压力环境的真空泵耗能,这比传统的干燥方法大大降低了能耗。本文通过自行研制的实验装置进行实验研究,并以实验与理论相结合的方法对大气环境下静电雾化过程作了进一步研究；在此基础上,对真空环境下静电雾化进行实验研究,观察在真空下静电雾化的过程。在大气环境下静电雾化机理实验研究中,主要以水为实验物料进行静电雾化实验。通过实验得到改变电极电压,静电雾化经历的不同雾化模式；电极电压与雾化液滴粒径大小,分布的关系；流量对雾化液滴粒径的影响；电极电压对雾化液滴飞行过程中拉伸长度的影响,并用硫酸铜溶液和葡萄糖溶液作了进一步定量的分析。确定了大气环境下对静电雾化效果的影响因素。在清楚了个参数对于静电雾化雾滴的影响之后,运用机理研究的成果对硫酸铜溶液进行真空静电雾化蒸发实验,得到在真空环境下静电雾化的过程,考察了真空静电雾化干燥工艺的可行性。在大气环境下静电雾化机理理论研究中,建立了静电雾化工程中滴状模式向锥射流模式转变的模型,以水为例进行了分析,发现实验数据与理论计算比较符合。同时,也建立了静电雾化过程中基于二次雾化的液滴破碎模型,从理论上进一步分析得到影响液滴破碎的因素。本文为静电雾化干燥工艺方法的基础性研究做了前期必要的准备工作,通过初步的实验研究,确定了该方法的可以应用于未来的工业生产中。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 静电雾化简介
• 1.1.1 静电雾化基本原理
• 1.1.2 液滴静电雾化为液滴机理的两种模型
• 1.2 静电雾化技术国内外研究发展情况
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.2.3 静电雾化技术的研究现状
• 1.2.4 静电雾化技术研究过程中存在的问题
• 1.3 静电雾化技术在一些领域应用的研究
• 1.3.1 静电雾化技术在农业领域的应用研究
• 1.3.2 静电雾化技术在燃烧领域的应用研究
• 1.3.3 静电雾化技术在制备药物纳米控释系统中的应用研究
• 1.3.4 静电雾化技术在电离质谱的应用研究
• 1.3.5 静电雾化技术在电推进器的应用研究
• 1.3.6 静电化雾技术在水雾灭火的应用研究
• 1.3.7 静电雾化技术在干燥领域的应用研究
• 1.5 本文研究的内容
• 1.5.1 液滴的荷电机理研究
• 1.5.2 大气环境下静电雾化实验研究
• 1.5.3 真空静电雾化和雾化液滴蒸发实验研究
• 第2章 液滴在高压静电场中的荷电机理分析
• 2.1 液滴的荷电机理
• 2.2 液滴的荷电
• 2.2.1 自然荷电
• 2.2.2 强制荷电
• 2.3 本章小结
• 第3章 真空静电雾化蒸发过程实验研究
• 3.1 大气环境下静电雾化实验研究
• 3.1.1 实验装置与流程
• 3.1.2 实验内容及方法
• 3.1.3 实验参数的测量
• 3.1.4 实验操作条件的确定
• 3.2 真空环境下静电雾化和雾滴蒸发过程实验研究
• 3.2.1 实验装置流程
• 3.2.2 实验内容及方法
• 3.2.3 实验操作条件的确定
• 3.3 本章小结
• 第4章 实验结果与分析
• 4.1 大气环境下静电雾化实验研究
• 4.1.1 液体静电雾化过程的模式
• 4.1.2 雾滴平均直径与电压的关系
• 4.1.3 流量对雾化液滴粒径的影响
• 4.1.4 电极电压对液滴在飞行过程中拉伸长度的影响
• 4.2 静电雾化过程中滴状模式向锥射流模式转换的模型
• 4.3 静电雾化过程中基于二次雾化的液滴破碎模型
• 4.4 真空环境下静电雾化和雾滴蒸发过程实验现象
• 4.4.1 真空静电雾化实验装置雾化电极电压的确定
• 4.4.2 真空静电雾化实验装置雾化真空度的确定
• 4.4.3 电极电压对真空静电雾化影响的实验现象
• 4.4.4 真空度对真空静电雾化影响的实验现象
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢