ELECTROSTATIC INTERACTION OF FREE EHD JETS

ELECTROSTATIC INTERACTION OF FREE EHD JETS

ODDZIAŁYWANIE ELEKTROSTATYCZNE SWOBODNYCH STRUG
CIECZY
A. Jaworek, A. Krupa, M. Lackowski
Streszczenie
Przeprowadzono badania eksperymentalne wzajemnego oddziaływania elektrostatycznego
strug swobodnych powstających w procesie rozpylania elektrohydrodynamicznego. Badania
wykonano dla trzech typów rozpylaczy: układu czterech dysz względem "nieskończonej"
płaszczyzny, układu dysz ze wspólnymi elektrodami indukcyjnymi, układu dysz z
indywidualnymi pierścieniowymi elektrodami indukcyjnymi. Zbadano wpływ geometrii
układu elektrod i napięcia zasilającego na rozkład przestrzenny strugi aerozolu oraz na
rozkład wielkości kropel.
Abstract
Electrostatic interaction of free electrohydrodynamic jets was investigated experimentally.
Three spray systems of different geometrical configurations were tested: spray nozzles facing
a distant 'infinite' plate, spray nozzles with common parallel two extractor electrodes, spray
nozzles with its individual ring extractor electrode. The effect of geometry and excitation
voltage on spray plume and droplet size distribution was determined.
ODDZIAŁYWANIE ELEKTROSTATYCZNE SWOBODNYCH STRUG
CIECZY
A. Jaworek, A. Krupa, M. Lackowski
Rozpylanie elektrohydrodynamiczne wykorzystuje siły elektryczne oddziałujące na
powierzchnię strugi cieczy wypływającej z kapilary znajdującej się w obszarze silnego pola
elektrycznego bez dodatkowej energii mechanicznej. Przy odpowiednim doborze parametrów
hydrodynamicznych i elektrycznych cieczy oraz geometrii układu rozpylającego, napięcia
zasilania kapilary i natężenia przepływu cieczy można uzyskać aerozol monodyspersyjny o
średnicach kropel obejmujących zakres od ułamków mikrometra do setek mikrometrów.
Naelektryzowane aerozole znajdują zastosowanie między innymi w urządzeniach do
oczyszczania gazów odlotowych takich jak skrubery, aglomeratory, złoża fluidalne, w
urządzeniach do nanoszenia powłok i malowania elektrostatycznego oraz w aparaturze
pomiarowej, np. w spektrometrach masowych do generacji naelektryzowanych molekuł. Dąży
się do usprawnienia procesu generacji naelektryzowanego aerozolu, osiągnięcia pożądanego
rozkładu wielkości kropel i maksymalizacji naniesionego ładunku. Wykorzystanie aerozoli
naelektryzowanych umożliwiło poprawę efektywności urządzeń technicznych i procesów
technologicznych. Poprzez pojedynczą dyszę można rozpylić ciecz generując strugę aerozolu
o małym natężeniu przepływu, co w wielu zastosowaniach przemysłowych może być
1
niewystarczające.
Dlatego
dąży
się
do
opracowania
konstrukcji
wielodyszowych
umożliwiających uzyskanie większych natężeń przepływu.
Badania oddziaływania strug swobodnych podczas rozpylania elektrohydrodynamicznego przeprowadzone zostały dla rozpylacza czterodyszowego z trzema
konfiguracjami elektrod, przedstawionymi na rys.1:
Rys.1. Schematy rozpylaczy elektrohydrodynamicznych wielodyszowych
a: bez elektrody indukcyjnej, z dyszami położonymi naprzeciw płyty metalowej, b: z
elektrodami indukcyjnymi prętowymi, c: z elektrodami indukcyjnymi pierścieniowymi.
Strugi swobodne w rozpylaczu wielodyszowym znajdując się blisko siebie
oddziaływują na siebie siłami elektrostatycznymi powodując wzajemne odpychanie i
wpływając na proces rozpadu strugi. Stwierdzono, że strugi umieszczone najbardziej na
krańcach układu dysz są wypychane na zewnątrz, co powoduje zniekształcenie stożka
rozpylania. Z drugiej jednak strony, w obszarze tym istnieje najbardziej korzystny rozkład
pola elektrycznego powodujący, że inicjacja pożądanego modu rozpylania, w badanym
przypadku modu precesyjnego, następuje dla niższych napięć, niż dla dysz wewnętrznych.
Dalszych badań wymaga określenie optymalnego rozstawu dysz rozpylacza.
Stwierdzono, że w układzie z indywidualnymi elektrodami indukcyjnymi uzyskuje się
aerozol o największej średniej średnicy kropel wynoszącej około 80 µm, natomiast
najdrobniejszy aerozol (około 30 µm) generowany jest w układzie z płytą. Efekt ten
spowodowany jest dopuszczalnymi wartościami napięć, które decydują o procesie rozpadu
strugi cieczy. Dla rozpylacza wielodyszowego z indywidualnymi elektrodami indukcyjnymi
obszar rozpylania jest najszerszy. Przykładowe zdjęcie pokazano na rys.2.
2
Rys.2. Kształt strugi rozpylanych kropel w układzie wielodyszowym z indywidualnymi
elektrodami indukcyjnymi, dla napięcia 10 kV.
3