способ получения заряженного аэрозоля

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАРЯЖЕННОГО АЭРОЗОЛЯ, заключающийся в том, что жидкость подают в канал распылителя с последующим пневматическим и кавитационным дроблением ее в распылительном сопле и электрической зарядкой в электростатическом поле межэлектродного промежутка распылительного сопла, осуществляя в процессе распыливания регулировку дисперсности распыливаемого заряженного аэрозоля, отличающийся тем, что регулировку дисперсности заряженного аэрозоля осуществляют путем варьирования давления P_в газового потока в соответствии с законом

P_в=P_ж- ,,

где P_ж - давление жидкости в канале распылителя, МПа;

R_ж - расход жидкости, кг/с;

_ж - плотность жидкости, кг/м³;

S_ж - площадь поперечного сечения канала в месте подачи жидкости в распылительное сопло, мм²;

K - коэффициент кавитации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронно-ионной технологии, например к получению заряженного аэрозоля. Может быть использовано в различных технологических процессах в промышленности, электроэнергетике, сельском хозяйстве, метеорологии в электростатических распылителях различной производительности и назначения.

Известен способ получения заряженного аэрозоля, заключающийся в том, что жидкость подают в канал распылителя с последующим пневматическим и кавитационным дроблением ее в распылительном сопле и электрической зарядкой в электростатическом поле межэлектродного промежутка распылительного сопла, при этом в процессе распыливания осуществляют регулировку дисперсности распыливаемого аэрозоля (1). Недостатком данного способа является то, что при его реализации для регулирования размеров капель в основном уменьшают или увеличивают расход воздуха. Это приводит к тому, что в условиях пневматического диспергирования может произойти подавление кавитации, в результате чего эффективность работы распылителя существенно снижается.

Техническим результатом предлагаемого способа получения заряженного аэрозоля является обеспечение возможности изменения размеров образующихся частиц заряженного аэрозоля.

Для этого в способе получения заряженного аэрозоля, заключающемся в том, что жидкость подают в канал распылителя с последующим пневматическим и кавитационным дроблением ее в распылительном сопле и электрической зарядкой в электростатическом поле межэлектродного промежутка распылительного сопла. Осуществляя в процессе распыливания регулировку дисперсности заряженного аэрозоля согласно изобретению путем варьирования давления газового потока Р в (МПа) в соответствии с законом

P_В= P_ж- , где Р_ж - давление жидкости в канале распылителя (МПа); R_ж и _ж- расход (кг/с) и плотность (кг/м³) жидкости; S_ж - площадь поперечного сечения канала распылителя в месте подачи жидкости в распылительное сопло (м²); К - коэффициент кавитации.

Варьирование давления газового потока позволяет при неизменных рабочих параметрах электростатического распылителя (постоянная величина приложенного напряжения, неизменная геометрия сопла, постоянные расходы жидкости и газа) изменять размеры образующихся капель заряженного аэрозоля. Это достигается тем, что изменением давления газового потока регулируется эффективность кавитационного механизма дробления жидкости, обеспечивающего образование мелкодисперсной фракции факела внутри распылительного сопла. В случае изменения расхода жидкости благодаря варьированию давления газового потока удается установить наиболее благоприятные условия для пневмокавитационного механизма диспергирования жидкости, когда достигаются необходимые величины тока выноса распылителя и дисперсность получаемого аэрозоля.

На чертеже представлен электростатический распылитель жидкостей, на примере которого реализован предлагаемый способ получения заряженного аэрозоля.

Электростатический распылитель жидкости содержит диэлектрический корпус 1 с индуцирующим 2 и установленным в нем коаксиально заземленным электродами 3, образующими обращенными один к другому поверхностями распылительное сопло 4. Газовый поток подается внутрь распылителя по каналу 5, а жидкость - соответственно по каналу распылителя 6. Заземленный электрод крепится в держателе 7 с помощью винта 8. Высокое напряжение подается на индуцирующий электрод от высоковольтного источника питания 9. S_ж является площадью щели, образованной держателем 7 и поверхностью заземленного электрода 3.

Диспергируемая жидкость по каналу 6 подается внутрь распылителя и поступает в распылительное сопло 4. Она вытекает на поверхность заземленного электрода 3 в виде тонкой пленки через щель, образованную поверхностью заземленного электрода 3 и внутренней торцевой поверхностью держателя 7. Держатель 7 выполнен с порогом относительно боковой поверхности заземленного электрода 3, на которую подается жидкость. Благодаря взаимодействию с высокоскоростным потоком газа в распылительном сопле 4 пленка жидкости дробится с образованием аэрозоля (пневматический способ диспергирования жидкости). Внутри распылителя за порогом держателя 6 благодаря чередованию зон пониженного и повышенного давления в пленке жидкости создаются условия возникновения кавитации, которая сопровождается образованием большого количества парогазовых пузырей. Пузыри схлопываются, формируя мелкодисперсную составляющую факела распыла (кавитационный способ диспергирования жидкости). При подаче на индуцирующий электрод 2 потенциала от высоковольтного источника питания 9 в межэлектродном промежутке распылительного сопла формируется электрическое поле, под воздействием которого в жидкости происходит перераспределение зарядов. Заряженная пленка жидкости дробится и образующиеся капли несут на себе избыточные электрические заряды. Таким образом создается поток заряженного аэрозоля.

Варианты реализации предлагаемого способа получения заряженного аэрозоля.

Постоянные рабочие параметры электростатического распылителя, в частности расход жидкости. Критериальным параметром, характеризующим эффективность кавитационных процессов, является коэффициент кавитации К. При заданных условиях кавитация возникает при строго определенном значении коэффициента к (верхняя граница диапазона изменения этого параметра). Максимальная эффективность кавитационного дробления жидкости также соответствует строго определенному значению (нижняя граница диапазона изменения этого параметра). Следовательно, зная диапазон значений коэффициента К, можно точно установить диапазон регулирования давления газового потока Р_В в соответствии с определенной зависимостью. Изменяя давление газового потока, можно установить условия, соответствующие различной степени интенсивности кавитации, что, в свою очередь, определяет количество схлопывающихся в сопле парогазовых пузырей, т.е. можно регулировать дисперсность образующегося заряженного аэрозоля. Это достигается без какой бы то ни было дополнительной подачи газа внутрь распылителя, как это делается в чисто пневматических электростатических распылителях.

Варьируемый расход жидкости. Если расход жидкости в течение технологического процесса поменялся, то меняется и диапазон изменения давления газового потока. Он определяется по приведенной зависимости. Значения коэффициента К при этом известны. Давление газового потока меняется в пределах, обеспечивающих эффективное протекание кавитации и пневматического способа распыливания пленки жидкости. Не зная зависимость давления газового потока от расхода жидкости в условиях кавитации, варьировать Р_B, обеспечивая необходимые условия работы электростатического распылителя, не представляется возможным.

В процессе экспериментов расход жидкости устанавливался в пределах 5-30 г/см. При постоянном расходе жидкости R_ж = 15 г/с кавитация в пленке жидкости за порогом держателя была замечена при давлении газового потока 0,09 МПа. Значения коэффициента кавитации К для данного расхода жидкости лежат в диапазоне 0,03 - 0,075. Следовательно, величина 0,09 МПа соответствует Р_В = 0,075. Значению К = 0,03 согласно расчетам, проведенным по уравнению (1), соответствует значение Р_В = 0,12 МПа. Изменение давления в этом диапазоне (увеличение давления с 0,09 МПа до 0,12 МПа) привело к тому, что ток выноса электростатического распылителя увеличился на 23%. Принимая во внимание, что рабочие параметры распылителя оставались неизменными, этот результат мог быть достигнут только за счет уменьшения размеров образующихся капель заряженного аэрозоля. Это показали и результаты экспериментальных измерений размеров капель, проведенных оптическим методом. Следовательно, варьирование давления газового потока в диапазоне значений, рассчитанных согласно зависимости, позволяет регулировать размеры образующихся капель заряженного аэрозоля. Аналогичные результаты получены и при изменении расхода жидкости. Так, при уменьшении расхода жидкости с R_ж = 15 до 5 г/с изменение давления газового потока с 0,09 до 0,135 МПа позволило обеспечить сохранение условий пневматического и кавитационного механизмов дробления жидкости в распылительном сопле. Диапазон регулирования давления Р_B был рассчитан по уравнению (1).

Таким образом, на основе приведенных материалов можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения заряженного аэрозоля обеспечивает возможность изменения размеров образующихся капель жидкости благодаря регулированию давления газового потока в соответствии с установленной зависимостью.