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Factores de formación e influencia de la atomización ultrasónica

Número Navegar:89     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2019-08-13      Origen:motorizado

Factores de formación e influencia de la atomización ultrasónica


La atomización líquida es un proceso en el cual una película líquida, perturbada por suficiente perturbación de la superficie en la dirección normal, se separa de la superficie y se divide en pequeñas gotas, como niebla en la fase gaseosa. La atomización de líquidos desempeña un papel importante en el secado por pulverización, revestimiento, enfriamiento por pulverización, incineración y combustión de combustible líquido y residuos, preparación de polvo fino, preparación de emulsión y otros procesos industriales. En estas aplicaciones, se requiere que la mayoría de las gotas tengan la distribución de tamaño requerida.


Clasificación de la atomización

Se adoptan diferentes tipos de procesos de atomización y se pueden clasificar los efectos de la transferencia de energía en la atomización de la superficie de la película líquida. Los procesos de atomización mecánicos o tradicionales, como la atomización de dos fluidos, la atomización a presión y la atomización de disco, utilizan energía mecánica para presurizar o aumentar la energía cinética del líquido para que pueda descomponerse en forma de gotas. Estos procesos requieren más energía y no pueden controlar el tamaño final de las gotas y la velocidad de inyección.

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A diferencia de la atomización tradicional, la atomización ultrasónica puede ser más eficiente. Solo necesita que se transmita energía eléctrica al transductor piezoeléctrico para que la boquilla resuene. Las gotas no tienen partes móviles, solo la vibración mecánica generada por la energía eléctrica provista se usa para producir gotas. Como no se necesita energía adicional, la distribución del tamaño de las gotas se puede controlar mejor mediante atomización ultrasónica.

Se establece el diámetro promedio de las gotas producidas por los picos capilares a 10-800 kHz de frecuencias de vibración forzada de diferentes fluidos de trabajo (incluyendo agua, aceite y cera fundida), y se establece la relación entre el diámetro promedio de las gotas de pulverización.dp = 0.34 * 8π / ρf2


Ssolución

Temperatura 25°do


SuperficieTension(Nuevo Méjico)

reensity(kg / m³)

Viscosidad(N s / m²)

Agua

0.0728

997

0.00089

20% Glycerol

0.071

1045.25

0.0015

40% Glycerol

0.07

1097.1

0.0035

60% Glycerol

0.069

1151

0.0088

20% Metanol

0.047

965

0.0013

40% Metanol

0.036

932

0.0015

60% Metanol

0.029

912

0.0014

0.1% CMC

0.063

1001

0.017

0.5% CMC

0.061

1005

0.062



Onda capilar y efecto de cavitación.

La generación de la atomización ultrasónica se basa en el efecto de onda capilar y el efecto de cavitación. Cuando se aplica una baja potencia a un atomizador ultrasónico de 20KHz, se observa una estructura de rejilla regular en la superficie del atomizador, que tiene el mismo número de picos y canales por unidad de área, llamada onda capilar. Esta entrada de baja potencia produce interferencia en la superficie sin inyección de gotas real.

La cavitación es un fenómeno a nivel micro, que no puede observarse directamente a simple vista en la superficie de la cabeza atomizadora.Hay dos tipos diferentes de gotas, i. mi. las gotitas y rayas casi esféricas, que tienen mayor velocidad, y las gotitas casi esféricas tienen menos velocidad. La cavitación puede ser determinada.

La formación de cavidades cerca de la superficie del atomizador y en la película líquida y el posterior colapso de estas cavidades dan como resultado la liberación local de una gran cantidad de energía; por lo tanto, en comparación con la baja velocidad de pulverización observada en el caso de la propagación de ondas capilares, el efecto de cavitación aumenta en gran medida la velocidad de pulverización de las gotas.Al mismo tiempo, el área de superficie ocupada por el líquido en la punta del atomizador disminuye con el aumento de la frecuencia del atomizador, lo que dificulta la captura de ondas capilares en la superficie.



Efecto de la frecuencia dinámica en el tamaño de gota

El tamaño de la gota disminuye con el aumento de la frecuencia de irradiación. Con el aumento de la frecuencia, la disminución de la longitud de onda conduce a la compresión de los nodos de amortiguación y los nodos de onda. El líquido atomizado se expone a fases más comprimidas en la circulación, lo que resulta en la disminución de la tasa de crecimiento máxima y el tamaño de gota correspondiente. Con el aumento de la frecuencia, el área de superficie de atomización que se puede usar para formar gotas disminuye. El umbral de velocidad del líquido requerido para cubrir toda la superficie aumenta con el aumento de la frecuencia.

El límite superior de flujo del atomizador de alta frecuencia antes de caer es menor que el del atomizador de baja frecuencia. La longitud de onda de la onda capilar disminuye con el aumento de la frecuencia del atomizador. El resultado final es que el tamaño de las gotas disminuye y la tasa de expulsión de gotas (el número de gotas por unidad de tiempo) aumenta desde la superficie.



Efecto del caudal en el tamaño de gota

El tamaño de la gota (dp) aumenta con el aumento del caudal (Q), que puede atribuirse al aumento del espesor de la película líquida formada en la superficie vibratoria antes de la atomización real. Cuando la velocidad de flujo del líquido es ligeramente más alta que la velocidad de flujo crítica necesaria para humedecer completamente la superficie de la punta de la boquilla, el líquido se difunde como una película líquida delgada y tiene múltiples ondas capilares compuestas de picos y canales.

Cuando la velocidad del líquido es obviamente mayor y la condición de vibración ultrasónica permanece sin cambios, se forma una capa de líquido más gruesa en la superficie del atomizador, lo que conduce a la deformación de la onda capilar uniforme. Esta onda capilar irregular conduce a la formación de gotas con mayor tamaño de gota y mayor distribución de tamaño. Además, con el aumento del espesor de la capa en la superficie del atomizador, se observan burbujas o burbujas de cavitación oscilante muy cerca de la superficie del atomizador, que crecen rápidamente y colapsan para pulverizar las gotas desde el pico prematuramente, lo que resulta en cavitación. efecto. Cualquier aumento adicional en la velocidad de flujo dará como resultado la caída de las gotas y la distribución del tamaño de las gotas se ampliará.

Velocidad de flujo crítica: la velocidad de flujo requerida para la humectación completa de la superficie de la punta de la boquilla. Fórmula de cálculo:Qcrit =σ / fρ



Efecto del poder sobre el tamaño de la gota

El tamaño de la gota aumenta con el aumento de la potencia ultrasónica. Se observó un gran tamaño de gota a un caudal mayor y un mayor consumo de energía líquida. Con el aumento de la potencia ultrasónica, aumenta la amplitud de la vibración en la punta del atomizador, lo que resulta en el cambio de la forma del flujo de atomización de radial a cónico. Cuando el líquido se difunde a toda la superficie del atomizador con ultrasonido de baja potencia, el líquido puede utilizar toda la potencia transferida a la punta, lo que resulta en la reducción del tamaño de la gota. Con el aumento de potencia, la intensidad de operación aumenta, porque el área de cobertura de líquido de la punta de la boquilla disminuye.

La velocidad de las gotas aumenta con el aumento de la potencia ultrasónica, que también se puede atribuir al aumento de la amplitud de la vibración en la punta del atomizador y al aumento del efecto de cavitación en la liberación de energía acústica. Cuando el movimiento de pulverización es vertical, la gravedad también afecta la energía cinética de las gotas de más de 150 um. Para aplicaciones como los recubrimientos de superficie, no es deseable operar bajo condiciones de alta potencia, ya que las gotas se recuperan después de golpear la superficie y pueden formar formas irregulares en la superficie, lo que resulta en un recubrimiento desigual.

Explique la dependencia directa de la amplitud de la punta de vibración con la disipación de potencia:Potencia = ρCSU2 / 2 I = ρCSU2 / 2

La velocidad acústica se define como(U) (Am × ω0) = (Am × 2πf)

I = ρC (Am * 2πf) 2/2



Efecto de la viscosidad del líquido sobre el tamaño de la gota

El tamaño de la gota disminuye ligeramente con el aumento de la viscosidad del líquido. A medida que aumenta la viscosidad del líquido, el atomizador necesita más energía para descomponer la capa líquida en gotas. Inicialmente, sin una desintegración inmediata, la capa líquida permaneció en la superficie del atomizador durante un período de tiempo antes de dividirse en gotas. Por lo tanto, no hay atomización en la etapa inicial, y el líquido oscila en la superficie del atomizador porque la amplitud disipa la energía viscosa y aumenta la temperatura, lo que no se observa en el líquido viscoso inferior. Después de un período de tiempo, debido a la disipación de la energía mecánica causada por los eventos de cavitación, la temperatura de la capa líquida en la superficie aumenta y luego se observa la atomización del líquido. En comparación con los líquidos de baja viscosidad (al mismo caudal de líquido), los líquidos de alta viscosidad requieren más energía para la atomización.



Efecto de la tensión del líquido sobre el tamaño de la gota

Con la disminución de la tensión del líquido, las partículas atomizadas también disminuyen. La disminución de la tensión superficial da como resultado la disminución de la longitud de onda capilar superficial. El número de ondas capilares por unidad de región de vibración aumenta, y la amplitud de las ondas capilares es mayor. Las gotas se expulsan inmediatamente del pico. Por lo tanto, a la misma velocidad del líquido, el número de gotas pulverizadas aumenta con la disminución del tamaño de la gota.

El poder ultrasónico y la energía superficial de la película líquida se conservan con la energía cinética y la energía superficial de la gota. Por lo tanto, el aumento de la energía cinética de la gota está relacionado con la disminución del tamaño de la gota. Además, debido a que la película líquida ocupa una capa muy delgada en la superficie vibratoria y casi se adhiere a la superficie del atomizador, es probable que la disminución de la tensión superficial aumente el crecimiento de las burbujas de cavitación de vapor.Esto da como resultado la ruptura de la burbuja en la delgada película líquida en la superficie del atomizador, lo que resulta en gotas más pequeñas, pero pulveriza a una velocidad mayor.



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De acuerdo con la variación del tamaño de las gotas con los parámetros de operación (incluidos los parámetros del equipo, las propiedades físicas y químicas y la velocidad de flujo de las gotas), se estableció la fórmula de correlación para predecir el tamaño de las gotas.Como una aproximación inicial, el método más simple se basa en la correlación de ajuste, suponiendo que la ley de potencia cambia de variables independientes. Se estableció la fórmula de correlación para predecir el tamaño de gota.Como una aproximación inicial, el método más simple se basa en la correlación de ajuste, suponiendo que la ley de potencia cambia de variables independientes(Q , μ , σ , ρ , f , I)y la mejor correlación obtenida es la siguiente:

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(Rango variableQ= 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,yo= 15907–913752.9 W / m2)。



Variables comunes de atomización


A.m

Amplitud de punta(metro)

t

Espesor de la película líquida(metro)

do

Velocidad del sonido en líquido medio (Sra)

U

Velocidad de la onda de sonido(Sra)

dp

Diámetro de la gota(metro)

μ

Viscosidad líquida(N s / m²)

F

Frecuencia de excitación(1 / s)

λ

Wlongitud(metro)

yo

Intensidad de ultrasonido(W / m²)

ρ

Densidad líquida(kg / m³)

Q

Caudal volumétrico(metro³/ s)

σ

Tensión superficial(Nuevo Méjico)

Qcrit

Flujo de volumen crítico(metro³/ s)

S

Área de superficie del atomizador(metro²)

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