Italiano
Visualizzazioni: 104 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2019-08-13 Origine: Sito
L'atomizzazione liquida è un processo in cui una pellicola liquida, disturbata da un sufficiente disturbo superficiale nella direzione normale, si separa dalla superficie e si divide in piccole goccioline, come la nebbia nella fase gassosa. L'atomizzazione dei liquidi svolge un ruolo importante nell'essiccazione a spruzzo, nel rivestimento, nel raffreddamento a spruzzo, nell'incenerimento e nella combustione di combustibili liquidi e rifiuti, nella preparazione di polveri fini, nella preparazione di emulsioni e in altri processi industriali. In queste applicazioni, la maggior parte delle goccioline deve avere la distribuzione dimensionale richiesta.
Vengono adottati diversi tipi di processi di atomizzazione e è possibile classificare gli effetti del trasferimento di energia sull'atomizzazione superficiale del film liquido. I processi di atomizzazione meccanica o tradizionale, come l'atomizzazione a due fluidi, l'atomizzazione a pressione e l'atomizzazione a disco, utilizzano l'energia meccanica per pressurizzare o aumentare l'energia cinetica del liquido in modo che possa decomporsi sotto forma di goccioline. Questi processi richiedono più energia e non possono controllare la dimensione finale delle goccioline e la velocità di iniezione.
A differenza dell'atomizzazione tradizionale, l'atomizzazione ad ultrasuoni può essere più efficiente. È sufficiente che l'energia elettrica venga trasmessa al trasduttore piezoelettrico per far risuonare l'ugello. Le goccioline non hanno parti in movimento, per produrre le goccioline viene utilizzata solo la vibrazione meccanica generata dall'energia elettrica fornita. Poiché non è necessaria alcuna energia aggiuntiva, la distribuzione dimensionale delle goccioline può essere controllata meglio mediante atomizzazione ad ultrasuoni.
Viene stabilito il diametro medio delle goccioline prodotte dai picchi capillari a 10-800 kHz delle frequenze di vibrazione forzata di diversi fluidi di lavoro (inclusi acqua, olio e cera fusa) e viene stabilita la relazione tra il diametro medio delle goccioline spray. dp = 0,34*8π / ρf2
Soluzione |
Temperatura 25 ° C |
||
superficiale (N Tensione / m) |
D ensità (kg/m ⊃3; ) |
Viscosità ⊃2 (N s/m ; )
|
|
Acqua |
0.0728 |
997 |
0.00089 |
20% G glicerolo |
0.071 |
1045.25 |
0.0015 |
40% G glicerolo |
0.07 |
1097.1 |
0.0035 |
60% G -licerolo |
0.069 |
1151 |
0.0088 |
20% MEtanolo al |
0.047 |
965 |
0.0013 |
40% MEtanolo al |
0.036 |
932 |
0.0015 |
60% MEtanolo al |
0.029 |
912 |
0.0014 |
0,1% CMC |
0.063 |
1001 |
0.017 |
0,5% CMC |
0.061 |
1005 |
0.062 |
La generazione dell'atomizzazione ad ultrasuoni si basa sull'effetto onda capillare e sull'effetto cavitazione. Quando viene applicata una bassa potenza a un atomizzatore a ultrasuoni da 20 KHz, sulla superficie dell'atomizzatore si osserva una struttura a griglia regolare, che presenta lo stesso numero di picchi e valli per unità di area, chiamata onda capillare. Questo ingresso a bassa potenza produce interferenze superficiali senza un'effettiva iniezione di goccioline.
La cavitazione è un fenomeno a livello micro, che non può essere osservato direttamente sulla superficie della testa atomizzante ad occhio nudo. Esistono due diversi tipi di goccioline, cioè goccioline e strisce quasi sferiche, che hanno una velocità maggiore, e goccioline quasi sferiche hanno una velocità minore. È possibile determinare la cavitazione.
La formazione di cavità in prossimità della superficie dell'atomizzatore e nel film liquido ed il successivo collasso di tali cavità comportano il rilascio locale di una grande quantità di energia; pertanto, rispetto alla bassa velocità di nebulizzazione osservata nel caso della propagazione delle onde capillari, l'effetto di cavitazione aumenta notevolmente la velocità di nebulizzazione delle goccioline. Allo stesso tempo, la superficie occupata dal liquido sulla punta dell'atomizzatore diminuisce con l'aumentare della frequenza dell'atomizzatore, il che rende difficile la cattura delle onde capillari sulla superficie.
La dimensione delle goccioline diminuisce con l'aumentare della frequenza di irradiazione. Con l'aumento della frequenza, la diminuzione della lunghezza d'onda porta alla compressione dei nodi di smorzamento e dei nodi d'onda. Il liquido atomizzato è esposto a fasi più compresse nella circolazione, il che si traduce in una diminuzione del tasso di crescita del picco e della corrispondente dimensione delle gocce. All'aumentare della frequenza diminuisce la superficie di atomizzazione utilizzabile per formare le goccioline. La velocità soglia del liquido richiesta per coprire l'intera superficie aumenta con l'aumento della frequenza.
Il limite di flusso superiore dell'atomizzatore ad alta frequenza prima della caduta è inferiore a quello dell'atomizzatore a bassa frequenza. La lunghezza d'onda dell'onda capillare diminuisce con l'aumento della frequenza dell'atomizzatore. Il risultato finale è che la dimensione delle goccioline diminuisce e la velocità di espulsione delle goccioline (il numero di goccioline per unità di tempo) aumenta dalla superficie.
La dimensione delle goccioline (dp) aumenta con l'aumento della portata (Q), cosa che può essere attribuita all'aumento dello spessore del film liquido formatosi sulla superficie vibrante prima dell'effettiva atomizzazione. Quando la portata del liquido è leggermente superiore alla portata critica necessaria per bagnare completamente la superficie della punta dell'ugello, il liquido si diffonde come una sottile pellicola liquida e presenta più onde capillari composte da picchi e avvallamenti.
Quando la velocità del liquido è ovviamente più elevata e le condizioni di vibrazione ultrasonica rimangono invariate, sulla superficie dell'atomizzatore si forma uno strato di liquido più spesso, che porta alla deformazione dell'onda capillare uniforme. Questa onda capillare irregolare porta alla formazione di goccioline con dimensioni maggiori e distribuzione dimensionale maggiore. Inoltre, con l'aumento dello spessore dello strato sulla superficie dell'atomizzatore, si osservano bolle di cavitazione oscillanti o bolle molto vicine alla superficie dell'atomizzatore, che crescono rapidamente e collassano per spruzzare prematuramente goccioline dal picco, con conseguente effetto cavitazione. Qualsiasi ulteriore aumento della portata comporterà la caduta delle goccioline e la distribuzione delle dimensioni delle goccioline diventerà più ampia.
Portata critica: la portata richiesta per bagnare completamente la superficie della punta dell'ugello. Formula di calcolo: Qcrit = σ / fρ
La dimensione delle goccioline aumenta con l'aumento della potenza ultrasonica. Sono state osservate goccioline di grandi dimensioni a una portata più elevata e a un consumo di energia del liquido più elevato. Con l'aumento della potenza ultrasonica aumenta l'ampiezza della vibrazione sulla punta dell'atomizzatore, con conseguente cambiamento della forma del flusso di nebulizzazione da radiale a conica. Quando il liquido si diffonde su tutta la superficie dell'atomizzatore con ultrasuoni a bassa potenza, il liquido può utilizzare tutta la potenza trasferita alla punta, con conseguente riduzione delle dimensioni della goccia. Con l’aumento della potenza aumenta l’intensità di funzionamento, perché diminuisce l’area di copertura del liquido della punta dell’ugello.
La velocità delle goccioline aumenta con l'aumento della potenza ultrasonica, cosa che può essere attribuita anche all'aumento dell'ampiezza della vibrazione sulla punta dell'atomizzatore e all'aumento dell'effetto cavitazione nel rilascio di energia acustica. Quando il movimento di spruzzatura è verticale, la gravità influenza anche l'energia cinetica delle goccioline più grandi di 150 um. Per applicazioni come i rivestimenti superficiali, non è consigliabile operare in condizioni di potenza elevata, poiché le goccioline rimbalzano indietro dopo aver colpito la superficie e possono formare forme irregolari sulla superficie, risultando in un rivestimento non uniforme.
Spiegare la dipendenza diretta dell'ampiezza della punta vibrante dalla dissipazione di potenza: Potenza = ρCSU2 / 2 I =ρCSU2 / 2
La velocità acustica è definita come （U） (Am × ω0) = (Am × 2πf)
I = ρC(Am*2πf)2 /2
La dimensione delle gocce diminuisce leggermente con l'aumento della viscosità del liquido. All'aumentare della viscosità del liquido, l'atomizzatore necessita di più energia per decomporre lo strato liquido in goccioline. Inizialmente, senza immediata disintegrazione, lo strato liquido rimaneva sulla superficie dell'atomizzatore per un periodo di tempo prima di dividersi in goccioline. Pertanto, non c'è atomizzazione nella fase iniziale e il liquido oscilla sulla superficie dell'atomizzatore perché l'ampiezza dissipa l'energia viscosa e aumenta la temperatura, cosa che non si osserva nel liquido viscoso inferiore. Dopo un periodo di tempo, a causa della dissipazione dell'energia meccanica causata dagli eventi di cavitazione, la temperatura dello strato liquido sulla superficie aumenta, e quindi si osserva l'atomizzazione del liquido. Rispetto ai liquidi a bassa viscosità (a parità di portata del liquido), i liquidi ad alta viscosità richiedono più energia per l'atomizzazione.
Al diminuire della tensione del liquido diminuiscono anche le particelle atomizzate. La diminuzione della tensione superficiale provoca la diminuzione della lunghezza d'onda dei capillari superficiali. Il numero di onde capillari per regione di vibrazione unitaria aumenta e l'ampiezza delle onde capillari è maggiore. Le goccioline vengono immediatamente espulse dal picco. Pertanto, a parità di velocità del liquido, il numero di gocce spruzzate aumenta al diminuire della dimensione delle gocce.
La potenza ultrasonica e l'energia superficiale del film liquido vengono conservate con l'energia cinetica e l'energia superficiale della goccia. Pertanto, l'aumento dell'energia cinetica della gocciolina è correlato alla diminuzione della dimensione della gocciolina. Inoltre, poiché il film liquido occupa uno strato molto sottile sulla superficie vibrante e aderisce quasi alla superficie dell'atomizzatore, è probabile che la diminuzione della tensione superficiale aumenti la crescita delle bolle di cavitazione del vapore. Ciò provoca la rottura delle bolle nel sottile film liquido sulla superficie dell'atomizzatore, con conseguente goccioline più piccole, ma spruzzate a una velocità maggiore.
In base alla variazione della dimensione delle goccioline con i parametri operativi (compresi i parametri dell'apparecchiatura, le proprietà fisiche e chimiche e la portata delle goccioline), è stata stabilita la formula di correlazione per prevedere la dimensione delle goccioline. Come prima approssimazione, il metodo più semplice si basa sulla correlazione adatta, presupponendo che la legge di potenza cambi di variabili indipendenti. In base alla variazione della dimensione delle goccioline con i parametri operativi (compresi i parametri dell'apparecchiatura, le proprietà fisiche e chimiche e la portata delle goccioline), è stata stabilita la formula di correlazione per prevedere la dimensione delle goccioline. Come prima approssimazione, il metodo più semplice si basa sulla correlazione di adattamento, presupponendo che le variazioni della legge di potenza delle variabili indipendenti （Q,μ,σ,ρ,f,I） e la migliore correlazione ottenuta siano le seguenti:
(Intervallo variabile Q = da 0,5 a 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 = 15907–913752,9 W/m2)。
Variabili comuni di atomizzazione
Sono |
Ampiezza della punta (m) |
T |
Spessore del film liquido (m) |
C |
Velocità del suono nel mezzo liquido (m/s) |
U |
Velocità dell'onda sonora (m/s) |
d.p |
Diametro gocciolina (m) |
µ |
Viscosità del liquido ( N s/m ⊃2; ) |
F |
Frequenza di eccitazione (1/s) |
λ |
Lunghezza d' onda (m) |
IO |
Intensità degli ultrasuoni (W/m ⊃2; ) |
ρ |
Densità del liquido (kg/m ⊃3; ) |
Q |
Portata volumetrica (m ⊃3; /s) |
σ |
Tensione superficiale (N/m) |
Qcrit |
Portata volumetrica critica (m ⊃3; /s) |
S |
Area superficiale dell'atomizzatore (m ⊃2; ) |
