Zobrazení: 104 Autor: Editor webu Čas publikování: 2019-08-13 Původ: místo
Rozprašování kapaliny je proces, při kterém se kapalný film, narušený dostatečným povrchovým narušením v normálním směru, odděluje od povrchu a štěpí se na malé kapičky, jako je mlha v plynné fázi. Rozprašování kapalin hraje důležitou roli při sušení rozprašováním, lakování, chlazení rozprašováním, spalování a spalování kapalného paliva a odpadu, přípravě jemného prášku, přípravě emulzí a dalších průmyslových procesech. V těchto aplikacích se vyžaduje, aby většina kapiček měla požadovanou distribuci velikosti.
Používají se různé typy atomizačních procesů a lze klasifikovat účinky přenosu energie na povrchovou atomizaci kapalného filmu. Mechanické nebo tradiční procesy atomizace, jako je atomizace dvěma tekutinami, tlaková atomizace a disková atomizace, využívají mechanickou energii k natlakování nebo zvýšení kinetické energie kapaliny tak, aby se mohla rozkládat ve formě kapiček. Tyto procesy vyžadují více energie a nemohou řídit konečnou velikost kapiček a rychlost vstřikování.
Na rozdíl od tradiční atomizace může být ultrazvuková atomizace účinnější. Potřebuje pouze přenos elektrické energie do piezoelektrického měniče pro pohon trysky, aby rezonovala. Kapky nemají žádné pohyblivé části, k výrobě kapiček se využívá pouze mechanické vibrace generované dodávanou elektrickou energií. Protože není potřeba žádná další energie, lze rozložení velikosti kapiček lépe kontrolovat pomocí ultrazvukové atomizace.
Stanoví se průměrný průměr kapiček produkovaných kapilárními píky při 10-800 kHz frekvencí vynucených vibrací různých pracovních tekutin (včetně vody, oleje a roztaveného vosku) a stanoví se vztah mezi průměrným průměrem kapiček spreje. dp = 0,34*8π / ρf2
S řešení |
Teplota 25 ° C |
||
Povrchové T napětí (N/m) |
Hustota ⊃3 (kg/m ; ) |
Viskozita (N s / m ⊃2; )
|
|
Voda |
0.0728 |
997 |
0.00089 |
20% G lycerol |
0.071 |
1045.25 |
0.0015 |
40% G lycerol |
0.07 |
1097.1 |
0.0035 |
60% G lycerol |
0.069 |
1151 |
0.0088 |
20% M ethanol |
0.047 |
965 |
0.0013 |
40% M ethanol |
0.036 |
932 |
0.0015 |
60% M ethanol |
0.029 |
912 |
0.0014 |
0,1 % CMC |
0.063 |
1001 |
0.017 |
0,5 % CMC |
0.061 |
1005 |
0.062 |
Generování ultrazvukové atomizace je založeno na kapilárním vlnovém efektu a kavitačním efektu. Když je na 20KHz ultrazvukový atomizér aplikován nízký výkon, je na povrchu atomizéru pozorována pravidelná mřížková struktura, která má stejný počet vrcholů a prohlubní na jednotku plochy, nazývaná kapilární vlna. Tento nízký příkon vytváří povrchovou interferenci bez skutečného vstřikování kapek.
Kavitace je mikroúrovňový jev, který nelze pozorovat přímo na povrchu atomizační hlavy pouhým okem. Existují dva různé typy kapiček, tj. téměř sférické kapky a pruhy, které mají vyšší rychlost, a blízkokulové kapky mají nižší rychlost. Kavitaci lze určit.
Vznik dutin v blízkosti povrchu atomizéru a v kapalném filmu a následné zhroucení těchto dutin má za následek místní uvolnění velkého množství energie; proto ve srovnání s nízkou rychlostí rozprašování pozorovanou v případě šíření kapilárních vln kavitační efekt značně zvyšuje rychlost rozstřiku kapiček. Zároveň se se vzrůstající frekvencí atomizéru zmenšuje povrch, který zabírá kapalina na hrotu atomizéru, což ztěžuje zachycení kapilárních vln na povrchu.
Velikost kapiček se zmenšuje s rostoucí frekvencí ozařování. S nárůstem frekvence vede úbytek vlnové délky ke stlačení tlumicích uzlů a vlnových uzlů. Atomizovaná kapalina je vystavena více stlačeným fázím v oběhu, což má za následek snížení maximální rychlosti růstu a odpovídající velikosti kapiček. Se zvyšující se frekvencí se zmenšuje plocha atomizačního povrchu, která může být použita pro tvorbu kapiček. Prahová rychlost kapaliny potřebná k pokrytí celého povrchu se zvyšuje s rostoucí frekvencí.
Horní limit průtoku vysokofrekvenčního atomizéru před upuštěním je nižší než u nízkofrekvenčního atomizéru. Vlnová délka kapilární vlny klesá s rostoucí frekvencí atomizéru. Konečným výsledkem je, že se velikost kapiček zmenšuje a rychlost vystřikování kapiček (počet kapiček za jednotku času) se zvyšuje z povrchu.
Velikost kapiček (dp) se zvyšuje se zvyšováním průtoku (Q), což lze přičíst nárůstu tloušťky kapalného filmu vytvořeného na vibrujícím povrchu před vlastní atomizací. Když je průtok kapaliny mírně vyšší než kritický průtok potřebný k úplnému smáčení povrchu špičky trysky, kapalina difunduje jako tenký kapalinový film a má více kapilárních vln složených z vrcholů a prohlubní.
Když je rychlost kapaliny zjevně vyšší a stav ultrazvukových vibrací zůstává nezměněn, na povrchu atomizéru se vytvoří silnější vrstva kapaliny, což vede k deformaci rovnoměrné kapilární vlny. Tato nepravidelná kapilární vlna vede k tvorbě kapiček s větší velikostí kapiček a větší distribucí velikosti. Kromě toho, s rostoucí tloušťkou vrstvy na povrchu atomizéru, jsou velmi blízko povrchu atomizéru pozorovány oscilující kavitační bubliny nebo bubliny, které rychle rostou a kolabují, aby se předčasně rozprášily kapičky z vrcholu, což má za následek kavitační efekt. Jakékoli další zvýšení průtoku bude mít za následek pád kapiček a rozšíření velikosti kapiček.
Kritický průtok: Průtok potřebný pro úplné smáčení povrchu hrotu trysky. Výpočtový vzorec: Qcrit = σ / fρ
Velikost kapiček se zvyšuje s rostoucím ultrazvukovým výkonem. Velká velikost kapiček byla pozorována při vyšší průtokové rychlosti a vyšší spotřebě kapaliny. S nárůstem výkonu ultrazvuku se zvyšuje amplituda vibrací na špičce atomizéru, což má za následek změnu tvaru atomizačního proudu z radiálního na kuželový. Když kapalina difunduje na celý povrch atomizéru pomocí ultrazvuku s nízkým výkonem, kapalina může využít veškerou energii přenesenou na hrot, což má za následek zmenšení velikosti kapky. S rostoucím výkonem se zvyšuje intenzita provozu, protože se zmenšuje plocha pokrytí kapalinou na hrotu trysky.
Rychlost kapiček se zvyšuje s nárůstem výkonu ultrazvuku, což lze také přičíst zvýšení amplitudy vibrací na špičce atomizéru a zvýšení kavitačního efektu při uvolňování akustické energie. Když je rozprašovací pohyb vertikální, gravitace také ovlivňuje kinetickou energii kapek větších než 150 um. Pro aplikace, jako jsou povrchové nátěry, není žádoucí pracovat za podmínek vysokého výkonu, protože kapičky se po dopadu na povrch odrážejí zpět a mohou na povrchu vytvářet nepravidelné tvary, což má za následek nerovnoměrný nátěr.
Vysvětlete přímou závislost amplitudy vibračního hrotu na ztrátovém výkonu: Výkon = ρCSU2 / 2 I =ρCSU2 / 2
Akustická rychlost je definována jako （U） (Am × ω0) = (Am × 2πf)
I = ρC(Am*2πf)2/2
Velikost kapiček se mírně zmenšuje se zvyšující se viskozitou kapaliny. Se zvyšující se viskozitou kapaliny potřebuje atomizér více energie, aby rozložil vrstvu kapaliny na kapičky. Zpočátku, bez okamžitého rozpadu, kapalná vrstva zůstala na povrchu atomizéru po určitou dobu, než se rozštěpila na kapičky. Proto v počáteční fázi nedochází k atomizaci a kapalina kmitá na povrchu atomizéru, protože amplituda rozptyluje viskózní energii a zvyšuje teplotu, což není pozorováno u nižší viskózní kapaliny. Po určité době v důsledku disipace mechanické energie způsobené kavitačními jevy teplota vrstvy kapaliny na povrchu stoupne a poté je pozorována atomizace kapaliny. Ve srovnání s kapalinami s nízkou viskozitou (při stejném průtoku kapaliny) vyžadují kapaliny s vysokou viskozitou více energie pro atomizaci.
S poklesem napětí kapaliny klesají i atomizované částice. Snížení povrchového napětí má za následek snížení povrchové kapilární vlnové délky. Počet kapilárních vln na jednotku vibrační oblasti se zvyšuje a amplituda kapilárních vln je větší. Kapky jsou okamžitě vyvrženy z vrcholu. Proto se při stejné rychlosti kapaliny počet rozstřikovaných kapiček zvyšuje se snižující se velikostí kapiček.
Ultrazvuková energie a povrchová energie kapalného filmu jsou zachovány s kinetickou energií a povrchovou energií kapky. Proto nárůst kinetické energie kapky souvisí se zmenšením velikosti kapky. Navíc, protože kapalný film zaujímá velmi tenkou vrstvu na vibrujícím povrchu a téměř přilne k povrchu atomizéru, snížení povrchového napětí pravděpodobně zvýší růst bublin kavitace páry. To má za následek rozpad bublin v tenkém tekutém filmu na povrchu atomizéru, což má za následek menší kapičky, ale rozprašování při vyšší rychlosti.
Podle variace velikosti kapiček s provozními parametry (včetně parametrů zařízení, fyzikálních a chemických vlastností a průtoku kapiček) byl stanoven korelační vzorec pro predikci velikosti kapky. Jako počáteční aproximace je nejjednodušší metoda založena na proložení korelace, za předpokladu, že se mocninný zákon mění nezávisle proměnných Podle variace velikosti kapky s provozními parametry (včetně parametrů zařízení, fyzikálních a chemických vlastností a průtoku kapiček) byl stanoven korelační vzorec pro předpověď velikosti kapky. Jako počáteční aproximace je nejjednodušší metoda založena na prokládací korelaci, za předpokladu, že se mocninný zákon mění u nezávislých proměnných （Q，μ，σ，ρ，f，I） a nejlépe získaná prokládací korelace jsou následující:
(Variabilní rozsah Q = 0,5 až 5 × 107 m3/s, f = 20–130 kHz, ρ = 912–1151 kg/m3, σ = 0,029–0,073 N/m, μ = 0,00089–0,088 N s/m2, I = 927–159 W/m2).
Společné proměnné atomizace
Dopoledne |
Amplituda hrotu (m) |
t |
Tloušťka tekutého filmu (m) |
C |
Rychlost zvuku v kapalném prostředí (m/s) |
U |
Rychlost zvukové vlny (m/s) |
dp |
Průměr kapky (m) |
μ |
Viskozita kapaliny ( N s/m ⊃2; ) |
F |
Frekvence buzení (1/s) |
λ |
W vlnová délka (m) |
já |
Intenzita ultrazvuku (W/m ⊃2; ) |
ρ |
Hustota kapaliny (kg/m ⊃3; ) |
Q |
Objemový průtok (m ⊃3; /s) |
σ |
Povrchové napětí (N/m) |
Qcrit |
Kritický objemový průtok (m ⊃3; /s) |
S |
Povrch atomizéru (m ⊃2; ) |
