乳状液喷雾中复杂多相流界面特性与演化及其对雾化机制的影响

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51905220
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
龚辰
依托单位：
江苏大学
学科分类：
E0506.机械设计学
结题年份：
2022
批准年份：
2019
项目状态：
已结题
起止时间：
2020-01-01 至2022-12-31

项目参与者：
--
关键词：
雾化机制多相流动力学特性喷雾技术乳状液

项目摘要

Oil-in-water emulsion solution is a common pesticide formulation in agricultural spraying, and its atomization mechanism is different from the water spraying. The well understanding of its atomization mechanism is the theoretical basis to improve the pesticide spraying technology and break through the bottleneck of increasing the utilization of pesticide. The advanced flow visualization and measuring techniques, such as high-speed photomicrography and PIV, were used in this research. The interfacial dynamic theory and dimensional analysis were used to explore the physics involved in the atomization process. The core part of this research focuses on the generation and evolution of hole structures. Detailed researches cover the effect of interfacial flow structures and flow characteristics on the generation of hole structure, the development of the hole structure and the effect of emulsion spraying on the droplet kinematic characteristics. It is expected that this research could provide theoretical support for reducing spray drift, improving the pesticide spraying technology and increasing the utilization of pesticide.

乳状液是一种雾化特性有别于清水喷雾的常见农用喷雾药液，认清其雾化机制是提高喷雾施药技术、突破现阶段农药利用率瓶颈的前提。项目运用高频显微成像、层析激光粒子图像分析等先进流场显示与测量技术，结合界面动力学理论和量纲分析法，重点围绕乳状液喷雾孔洞的形成及演化机制展开研究。通过对复杂多相流界面特征结构的流动规律及力学行为的研究，探索其生成机制；基于其增长形式和破碎方式的细致数学刻画，讨论其时空演变规律；结合喷雾雾滴尺度、速度分布信息，基于质量守恒和流动不稳定分析，揭示乳状液喷雾对雾滴运动学特性的作用规律。项目研究是对真实农药喷雾雾化理论的新探索，研究成果可为农药喷雾防飘移、改进喷雾施药技术、提高农药利用率等提供理论支撑。

结项摘要

乳状液是一种常见农药剂型，其喷雾雾化机制显著不同于清水，对其雾化机理开展深入研究，有利于改进现有喷雾施药技术，提高农药利用率。项目主要研究工作及创新性研究成果如下：.(1) 综合运用高速显微摄影、激光粒度仪和图像后处理技术对乳状液喷雾特性进行可视化研究，讨论了喷雾压力、乳状液浓度等因素对喷雾特性的影响规律。结果显示，相较于清水喷雾，乳状液可以显著减小喷雾液膜面积，抑制液膜波动，从而增大喷雾雾滴粒径。乳状液对液膜波动的抑制可以减小雾滴的分布范围，提高喷雾雾滴在垂直方向上的速度。乳状液喷雾中同时存在波动破碎机制和孔洞破碎机制，研究显示，当喷雾压力低于0.3 MPa，乳状液浓度大于0.1 %时，孔洞破碎机制起主导作用。.(2) 乳状液喷雾液膜上的穿孔是其典型特性结构，基于高速显微成像技术对其生成、时空演变和聚并破碎过程进行可视化捕捉。结果显示，孔洞生成存在两种机制，刺穿机制和撕裂机制。表面扰动所诱发的喷雾液膜局部厚度变化是撕裂机制的核心因素。相较于刺穿机制，撕裂机制所形成的孔洞数量更多，且在液膜上分布范围更广。孔洞面积增长遵循先加速，后减速的过程，表面张力和液膜扩展是导致孔洞加速增长的重要因素，孔洞之间的相互制约是导致孔洞面积增长速率减缓的重要因素。孔洞演变规律受其生成机制的影响不明显。一般情况下，两孔洞聚并生成一条液带，但当孔洞动量足够大时，可生成多条液带。.(3) 基于乳状液喷雾液膜上孔洞结构建立了理论模型，对喷雾雾滴尺寸进行预测，并与基于图像处理所得的实验结果进行了对比。所建立模型依赖于喷头出口结构、喷雾扩散角和网格状结构中的孔洞数量。这些参数方便通过测量和图像处理获得。理论雾滴粒径与孔洞数量的平方根成反比，与喷头出口面积平方根成正比。实验测量结果与理论结果相同的变化规律，不同喷雾压力和喷头结构条件下的实验与预测误差小于10%。