[發明專利]一種液滴撞擊超聲振動壁的破碎霧化方法及應用

在審

• 申請號: 202010585280.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111841992A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 游青山;寇子明;高貴軍;冉霞
• 申請（專利權）人: 重慶工程職業技術學院
• 主分類號: B05B17/06
• 分類號: B05B17/06;B05B9/04;B01D47/06
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于除塵技術領域，公開了一種液滴撞擊超聲振動壁的破碎霧化方法及應用，液體通過錐形噴嘴噴射到快速振動的固體表面超聲振動塊，在固體表面形成一層波狀液體薄膜；隨著固體振動振幅的增大，液膜表面波的振幅也增大；當液膜表面波的振幅增大到一定值時，波的頂部就會變得不穩定并碎裂，從固體表面噴射出大量細小的霧狀液滴。本發明根據超聲霧化理論，提出液滴撞擊超聲振動壁面的霧化方式，通過控制振動頻率產生不同波長的振動，與撞擊毛細波相疊加促進液滴霧化，以期得到霧滴中心粒徑小于10μm的霧群。本發明采用兩次霧化的方式，第一次霧化是壓力液體經噴嘴射出時的霧化，第二次霧化在于液滴撞擊到超聲振動的壁面而產生的二次霧化。

技術領域

本發明屬于除塵技術領域，尤其涉及一種液滴撞擊超聲振動壁的破碎霧化 方法及應用。

背景技術

目前，隨著綜采綜掘技術的迅猛發展，粉塵引發危害也日趨嚴重。粉塵可 能導致粉塵爆炸事故，引起塵肺病，同時它也會使設備磨損加劇、管路堵塞等 問題，基于此粉塵控制技術的研究迫在眉睫。粉塵爆炸造成的人身傷亡十分嚴 重，據統計2010-2019年粉塵爆炸導致350多人死亡，受傷900余人，如圖1 所示。同時，由粉塵引起的塵肺病對社會造成不良影響巨大。目前全國塵肺病 涉及數萬個家庭，集中的“塵肺病村”20多個。2012-2016年全國新增職業病、 塵肺病約15萬人和6萬人。塵肺病給國家造成的直接經濟損失達80億元，間接損失達300億至400億元。因此，粉塵的控制技術的研究迫在眉睫。

液滴撞擊霧化理論中涉及到固、液、氣三種形態，所以在壁面上振蕩的液 滴會受到單一或多因素的共同影響。首先是對液滴撞擊鋪展的研究，劉邱祖等 利用Boltzmann方法研究了液滴撞擊壁面的鋪展行為及影響因素；Cimpeanu對 通過注液針管產生的自由落體水滴與不同角度的固體表面碰撞實驗，結果表明 液滴與固體壁面的接觸角、液滴半徑大小、液滴黏度、沖擊速度等因素對鋪展 過程中液滴的最大鋪展半徑和最大反彈高度有影響；劉紅等發現液滴撞擊薄液 膜的演化行為主要受液滴初始動能、表面張力及液體粘性的影響。壁面的疏水 性對液滴撞擊壁面后的行為影響顯著，清華大學馮西橋團隊證明親水性壁面的 有利于液滴四處飛濺。張帆用無量綱參數K與H*給出了液滴撞擊濕潤表面時發 生飛濺的條件。劉海龍通過納米流體液滴撞擊壁面動力學特性研究表明，親水 性壁面的液滴鋪展因子約為1.3，遠大于疏水性壁面液滴鋪展因子。其次是撞擊 飛濺的研究，宋云超等通過觀察液滴撞擊濕潤壁面研究了液滴以不同速度撞擊 濕潤壁面時，會呈現出黏附鋪展、波動運動、皇冠幾何體運動以及飛濺運動等 幾種不同的運動形態，液滴從皇冠幾何體側壁頂端的飛濺分離滿足毛細波破碎 理論。喬磊用試驗方法觀察到了液滴撞擊壁面飛濺前的振蕩現象，并測出相應 試驗條件下的振蕩周期為1.6ms。Shao通過研究發現，小液滴從射流頂端的分離 主要受毛細波的影響，當射流局部區域毛細波波長大于臨界波長時液滴就會飛離出去。總之，撞擊霧化飛濺研究較少，液滴粒徑大小與毛細波波長、撞擊速 度、入射粒徑、壁面疏水性等因素的關系尚不明確。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：影響撞擊霧化的因素有液 滴入設速度、液滴的黏度、固體平板的剛度、表面粗糙度、液固兩相間的相互 浸潤性、表面張力等，這些因素的影響機理仍有待深入研究；現有的撞擊霧化 飛濺研究較少，液滴粒徑大小與毛細波波長、撞擊速度、入射粒徑、壁面疏水 性等因素的關系尚不明確。目前，單液滴碰撞固體壁面的研究較多，但實際上 更普遍的是多液滴碰撞，對此的相關研究較少，機理尚不明確。因此，撞擊霧 化的效率仍有待提高。

解決以上問題及缺陷的難度為：由于影響撞擊霧化的因素較多，需要通過 大量的實驗、仿真分析來得出霧化效率與各個因素之間的關系，且需合理設置 參數，使撞擊霧化效率達到最好。另外，撞擊霧化后的霧滴特性較難得出，多 液滴撞擊研究理論較少。