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조회수: 104 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2019-08-13 출처: 대지
액체 원자화는 법선 방향으로 충분한 표면 교란으로 인해 교란된 액체 필름이 표면에서 분리되어 기체 상태의 미스트와 같은 작은 방울로 쪼개지는 과정입니다. 액체 원자화는 액체 연료 및 폐기물의 분무 건조, 코팅, 분무 냉각, 소각 및 연소, 미세 분말 제조, 유제 제조 및 기타 산업 공정에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 응용 분야에서 대부분의 액적은 필요한 크기 분포를 가져야 합니다.
다양한 유형의 원자화 공정이 채택되며, 액체 필름의 표면 원자화에 대한 에너지 전달 효과를 분류할 수 있습니다. 2유체 원자화, 압력 원자화 및 디스크 원자화와 같은 기계적 또는 전통적인 원자화 프로세스는 기계적 에너지를 사용하여 액체의 운동 에너지를 가압하거나 증가시켜 액적 형태로 분해될 수 있도록 합니다. 이러한 공정에는 더 많은 에너지가 필요하며 액적의 최종 크기와 주입 속도를 제어할 수 없습니다.
전통적인 원자화와 달리 초음파 원자화는 더 효율적일 수 있습니다. 노즐이 공진하도록 구동하려면 압전 변환기에 전기 에너지를 전송하기만 하면 됩니다. 물방울에는 움직이는 부분이 없으며 제공된 전기 에너지에 의해 생성된 기계적 진동만이 물방울을 생성하는 데 사용됩니다. 추가 에너지가 필요하지 않기 때문에 초음파 원자화를 통해 물방울의 크기 분포를 더 잘 제어할 수 있습니다.
다양한 작동 유체(물, 오일 및 용융 왁스 포함)의 강제 진동 주파수 10-800kHz에서 모세관 피크에 의해 생성된 액적의 평균 직경이 설정되고 스프레이 액적의 평균 직경 간의 관계가 설정됩니다. dp = 0.34*8π / ρf2
해결책 |
온도 ℃25 |
||
표면 장력 ) (N/m |
밀도 ⊃3 (kg/m ; ) |
점도 ⊃2 (N·s/m ; )
|
|
물 |
0.0728 |
997 |
0.00089 |
20% G 라이세롤 |
0.071 |
1045.25 |
0.0015 |
40% G 라이세롤 |
0.07 |
1097.1 |
0.0035 |
60% G 라이세롤 |
0.069 |
1151 |
0.0088 |
20% M 에탄올 |
0.047 |
965 |
0.0013 |
40% M 에탄올 |
0.036 |
932 |
0.0015 |
60% M 에탄올 |
0.029 |
912 |
0.0014 |
0.1%CMC |
0.063 |
1001 |
0.017 |
0.5%CMC |
0.061 |
1005 |
0.062 |
초음파 미립화의 발생은 모세관파 효과와 캐비테이션 효과를 기반으로 합니다. 20KHz 초음파 분무기에 저전력을 가하면 분무기 표면에 규칙적인 격자 구조가 관찰되는데, 이는 단위 면적당 동일한 수의 최고점과 최저점을 갖는 것을 모세관파라고 합니다. 이 저전력 입력은 실제 액적 주입 없이 표면 간섭을 발생시킵니다.
캐비테이션은 미시적인 현상으로 분무 헤드 표면에서 육안으로 직접 관찰할 수 없습니다. 두 가지 다른 유형의 액적, 즉 구형에 가까운 액적과 줄무늬가 있으며 속도가 더 빠르고 구형에 가까운 액적은 속도가 더 낮습니다. 캐비테이션이 결정될 수 있습니다.
분무기 표면 근처와 액체 필름에 공동이 형성되고 이러한 공동이 붕괴되면 많은 양의 에너지가 국부적으로 방출됩니다. 따라서 모세관 파동 전파의 경우 관찰된 낮은 스프레이 속도와 비교하여 캐비테이션 효과는 액적의 스프레이 속도를 크게 증가시킵니다. 동시에, 분무기의 주파수가 증가함에 따라 분무기 끝부분에서 액체가 차지하는 표면적이 감소하여 표면의 모세관파를 포착하기 어렵게 됩니다.
조사 빈도가 증가함에 따라 액적 크기가 감소합니다. 주파수가 증가하면 파장이 감소하여 감쇠 노드와 파동 노드가 압축됩니다. 원자화된 액체는 순환에서 더 압축된 단계에 노출되며, 이로 인해 최고 성장률과 해당 액적 크기가 감소합니다. 주파수가 증가함에 따라 액적을 형성하는 데 사용할 수 있는 분무 표면적은 감소합니다. 전체 표면을 덮는 데 필요한 임계 액체 속도는 주파수가 증가함에 따라 증가합니다.
낙하 전 고주파 분무기의 유량 상한은 저주파 분무기보다 적습니다. 모세관파의 파장은 분무기 주파수가 증가함에 따라 감소합니다. 최종 결과는 액적 크기가 감소하고 표면에서 액적 방출 속도(단위 시간당 액적 수)가 증가한다는 것입니다.
액적 크기(dp)는 유량(Q)이 증가함에 따라 증가하는데, 이는 실제 미립화 전 진동 표면에 형성되는 액체 필름의 두께가 증가하기 때문일 수 있습니다. 액체 유량이 노즐 팁 표면을 완전히 적시는 데 필요한 임계 유량보다 약간 높을 때 액체는 얇은 액체 필름으로 확산되고 최고점과 최저점으로 구성된 다중 모세관 파동을 갖습니다.
액체 속도가 분명히 더 높고 초음파 진동 조건이 변하지 않으면 분무기 표면에 더 두꺼운 액체 층이 형성되어 균일한 모세관 파동이 변형됩니다. 이 불규칙한 모세관 파동은 더 큰 액적 크기와 더 큰 크기 분포를 갖는 액적을 형성합니다. 또한, 분무기 표면의 층 두께가 증가함에 따라 진동하는 캐비테이션 기포 또는 기포가 분무기 표면에 매우 가까운 곳에서 관찰되며, 이는 빠르게 성장하고 붕괴되어 피크에서 조기에 물방울이 분사되어 캐비테이션 효과를 초래합니다. 유속이 더 증가하면 물방울이 떨어지고 물방울 크기 분포가 넓어집니다.
임계 유량: 노즐 팁 표면이 완전히 젖는 데 필요한 유량입니다. 계산식: Qcrit = σ / fρ
초음파 출력이 증가하면 물방울 크기도 증가합니다. 더 높은 유속과 더 높은 액체 전력 소비에서 큰 액적 크기가 관찰되었습니다. 초음파 출력이 증가하면 분무기 끝 부분의 진동 진폭이 증가하여 분무 흐름의 모양이 방사형에서 원뿔형으로 변경됩니다. 저전력 초음파로 액체가 분무기 표면 전체로 확산되면 액체는 팁에 전달되는 모든 힘을 활용하여 입자 크기를 줄일 수 있습니다. 출력이 증가하면 노즐 팁의 액체 적용 영역이 감소하기 때문에 작동 강도가 증가합니다.
초음파 출력이 증가함에 따라 액적의 속도도 증가하는데, 이는 분무기 팁의 진동 진폭 증가와 음향 에너지 방출 시 캐비테이션 효과 증가에 기인할 수도 있습니다. 분사 동작이 수직일 때 중력은 150um보다 큰 물방울의 운동 에너지에도 영향을 미칩니다. 표면 코팅과 같은 용도의 경우, 높은 전력 조건에서 작동하는 것은 바람직하지 않습니다. 왜냐하면 물방울이 표면에 부딪힌 후 다시 튀어 나와 표면에 불규칙한 모양이 형성되어 코팅이 고르지 않게 될 수 있기 때문입니다.
전력 소비에 대한 진동 팁 진폭의 직접적인 의존성을 설명하십시오. 전력 = ρCSU2 / 2 I =ρCSU2 / 2
음속은 （U）(Am × wo0) = (Am × 2πf) 로 정의됩니다.
나는 = ρC(Am*2πf)2 /2
액체 점도가 증가하면 액적 크기가 약간 감소합니다. 액체 점도가 증가함에 따라 분무기는 액체 층을 작은 물방울로 분해하기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다. 처음에는 즉각적인 분해 없이 액체 층이 일정 시간 동안 분무기 표면에 남아서 작은 물방울로 쪼개졌습니다. 따라서 초기 단계에서는 미립화 현상이 없으며, 진폭이 점성 에너지를 소산하고 온도를 증가시키기 때문에 액체가 분무기 표면에서 진동하게 되는데, 이는 점성이 낮은 액체에서는 관찰되지 않습니다. 일정 시간이 지나면 캐비테이션 현상으로 인한 기계적 에너지 소산으로 인해 표면의 액체층 온도가 상승하고 액체 원자화가 관찰됩니다. 저점도 액체(동일한 액체 유량)에 비해 고점도 액체는 원자화에 더 많은 에너지가 필요합니다.
액체 장력이 감소하면 원자화된 입자도 감소합니다. 표면 장력이 감소하면 표면 모세관 파장이 감소합니다. 단위 진동 영역당 모세관파의 수가 증가하고, 모세관파의 진폭도 커집니다. 액적은 즉시 피크에서 배출됩니다. 따라서 동일한 액체 속도에서 분사되는 액적의 수는 액적 크기가 감소함에 따라 증가합니다.
액체막의 초음파 출력과 표면 에너지는 액적의 운동 에너지와 표면 에너지로 보존됩니다. 그러므로 액적의 운동에너지의 증가는 액적의 크기 감소와 관련이 있다. 또한, 액상막은 진동면에서 매우 얇은 층을 차지하여 분무기 표면에 거의 부착되기 때문에 표면장력의 감소로 인해 증기공동 기포의 성장이 증가할 가능성이 높다. 이로 인해 분무기 표면의 얇은 액체 막에서 기포가 분해되어 작은 방울이 생성되지만 분사 속도는 더 빨라집니다.
작동 매개변수(장비 매개변수, 물리적, 화학적 특성 및 액적의 유속 포함)에 따른 액적 크기의 변화에 따라 액적 크기를 예측하기 위한 상관식이 확립되었습니다. 초기 근사법으로 가장 간단한 방법은 독립변수의 멱법칙이 변한다고 가정한 피팅 상관관계를 기반으로 합니다. 작동 매개변수(장비 매개변수, 물리화학적 특성, 액적의 유량 포함)에 따른 액적 크기의 변화에 따라 액적 크기를 예측하는 상관식을 확립했습니다. 초기 근사로서 가장 간단한 방법은 피팅 상관관계를 기반으로 하며, 독립 변수 (Q，μ，σ，ρ，f，I) 의 멱법칙 변화를 가정하고 얻은 가장 좋은 피팅 상관관계는 다음과 같습니다.
(가변 범위 Q = 0.5~5 × 107m3/s, f = 20~130kHz, ρ = 912~1151kg/m3, σ = 0.029~0.073N/m, μ = 0.00089~0.088N s/m2, I = 15907~913752.9 W/m2)。
원자화의 공통 변수
오전 |
팁 진폭 (m) |
티 |
액막두께 (m) |
기음 |
액체 의 음속 매질 (m/s) |
유 |
음파의 속도 (m/s) |
DP |
액적 직경 (m) |
μ |
액체 점도 ( N s/m ⊃2; ) |
에프 |
여기 주파수 (1/s) |
λ |
파장 ( m) |
나 |
초음파 강도 (W/m ⊃2; ) |
ρ |
액체 밀도 (kg/m ⊃3; ) |
큐 |
체적 유량 (m ⊃3; /s) |
σ |
표면 장력 (N/m) |
큐크리트 |
임계 체적 유량 (m ⊃3; /s) |
에스 |
분무기의 표면적 (m ⊃2; ) |
