[发明专利]判断雾化冲击射流液滴沉积附着于基板所需工况条件的方法

说明书

技术领域

本发明属于雾化喷涂领域，尤其涉及一种判断雾化冲击射流液滴沉积附着 于基板所需工况条件的方法。

背景技术

雾化射流喷涂在工业上有着广泛的应用，如纺织工业中的复贴技术，热喷 涂中功能材料的制备。它是一个多参数共同作用的复杂过程，主要包括雾化和 喷涂两大子过程，这两大过程即各自受不同的机理控制，又通过共同参数相互 承接关联，雾化过程为喷涂过程提供了初始条件，对最终的喷涂效果有决定性 影响。为了得到理想的喷涂效果，优化雾化冲击射流过程，必须对两个子过程 进行整体把握。以往的理论研究往往侧重于子过程的内部机理，而缺乏从整体 角度考虑各过程之间的联系，对于如何通过控制雾化工况条件以优化喷射沉积 过程的研究很少见。

本发明所针对的喷嘴是气泡雾化喷嘴，该喷嘴在1988年由Lefebvre首先研 发，是一种较为新型的雾化喷嘴。相比传统的压力喷嘴，两相流喷嘴，气泡雾 化喷嘴有着雾化质量高、耗气量小、雾化效果基本不受出口直径影响等特点， 有着广阔的应用前景，目前已成功运用于燃烧，制药，等离子喷涂等领域。但 现有的研究尚未提出泡状雾化喷嘴运用于喷涂领域时，其运行参数对最终喷涂 效果的影响趋势。此外，为获得液滴附着于基板的理想喷涂效果，一个有效的 调节方法和合理的工况参数运行范围也尚未被提出。

发明内容

本发明的目的是针对于实际应用，提出泡状雾化喷嘴用于雾化冲击射流时 液滴沉积附着于基板所需工况条件的运行范围和条件方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：对于典型的亚音速泡状雾化 喷嘴(即喷嘴内部为稳定的气液两相泡状流动)，为获得液滴沉积附着于基板的 喷涂效果，有利的工况条件是较小的气液质量流量比和液体质量流速，较大的 喷嘴直径和基板与喷嘴之间的间距。且当雾化介质为空气和水，冲击基板平滑 无弹性，放置位置垂直于喷嘴的中轴线的情况下，当工况条件为：气液质量流量 比为0.02～0.06，喷嘴直径为0.3～0.5cm，液体质量流速为20～80kg/h，喷嘴内部 压力为2×10⁶～5×10⁶g/cm·s²，基板和喷嘴之间的距离为150～250mm时，雾化 液滴撞击基板时的总体趋势为附着粘贴。

本发明的有益效果是：本发明通过对雾化和喷涂两个过程进行整体考虑， 界定了雾化冲击射流液滴沉积附着于基板所需工况条件的范围，提供了通过控 制雾化的工况条件来得到理想喷涂效果的有效途径，可为雾化喷涂的实际应用 提供预测标准和调节办法。

附图说明

图1是泡状雾化喷嘴冲击射流示意图；

图2是液滴撞击基板的结果图：(a)反弹，(b)附着，(c)飞溅；

图3是一次雾化和二次雾化模型流程图。

具体实施方式

如图1(其中1，2分别是雾化所需液体和气体，3指基板，4是泡状雾化 喷嘴)，泡状雾化喷嘴冲击射流过程可分为雾化和喷涂两个子过程，首先压缩空 气和液体在喷嘴内部形成稳定的泡状两相流动，在喷嘴出口处由于气泡对液体 的挤压剪切，膨胀破裂作用，使连续的液体发生破碎雾化，形成细小的液雾颗 粒，这些颗粒在湍动的射流场中是极不稳定的，在喷嘴中下游会发生碰撞、破 碎、合并等二次雾化过程，最终液滴将撞击基板，即喷涂过程。现有的研究表明： 雾化液滴撞击基板可能发生三种情况(如图2)：一是反弹，二是附着，三是飞 溅。理想的喷涂效果是雾化后的液滴撞击基板粘帖附着，不发生反弹和飞溅。 判断液滴撞击结果可用无量纲数K数和We数来界定，K数和We数与液滴入射 时的物性，速度和粒径大小相关，定义为：其中μ_l是液体粘性，d_l是液滴粒径，v_l是液滴法向速度，ρ_l是 液体密度，σ_l是液体表面张力。如基板是光滑无弹性的，经C.Mundo等人的实 验总结当We数小于5时，液滴反弹，当K数大于57.7时，液滴飞溅，当We 数大于5且K数小于57.7时，液滴附着沉淀。由K数和We数的定义可知，计 算K数和We数的关键量是入射液滴的粒径和法向速度。