荷电电压、介质物性对静电雾化特征的影响

    静电雾化是在静电力的作用下，液体破碎成带电小液滴的过程． 由这种静电参与的雾化和其他雾化相比，具有其独特的优点: 例如产生的液滴粒径更小，可达纳米量级; 液滴分布更均匀，且单分散性强;雾化流场因受电场的影响，可控性强; 沉积效率高，等等，因此被广泛应用于喷涂、除尘、薄膜制备和农药喷洒等领域［1 －3］． 静电雾化的效果在很大程度上取决于液滴所带的荷电量，而表征液滴荷电能力的参数是荷质比． 荷质比是预测荷电液滴运动行为最关键的参数［4］，但迄今为止，关于荷电电压、介质物性对荷质比影响的系统性研究在国内还未见报道．对于孤立液滴，由于其带电量很少，现有的试验仪器很难对其定量测量，荷电效果主要借助于理论分析．对于荷电喷雾所形成的群体荷电液滴，由于液滴数量太多，且相互之间会发生作用，试验测量的荷质比也不能较好地反映液滴的荷电能力． 针对这一情况，文中基于毛细管 － 环状感应电极下液体的静电雾化研究，对微流量条件下液滴的荷质比进行测量，探讨荷电电压、介质的物性参数( 黏度、表面张力、电导率) 对荷质比的影响，揭示介质物性对静电雾化特性的影响规律，为改善和开发不同场合的静电喷雾系统提供重要依据和指导．

    1 试验装置与试验方法

    试验装置有静电雾化装置和荷质比测量装置．静电雾化装置由高压静电发生器、调节阀、环状电极( 半径 3． 5 cm) 、微量注射泵( ATI Orion M361) 、电压表( Q₃-V 型) 、金属毛细管、导线组成． 微型注射泵精确控制溶液流量，环状电极内嵌在绝缘外层的前端，毛细管下端管口距电极环距离为 3 cm，高压静电发生器通过导线与电极环相连接，毛细管接地，液体流经毛细管时形成液滴，当液滴经过由毛细管和环状电极形成的电场时，会发生变形和破碎．

    荷质比测量装置如图 1 所示，包括: ZWB －1 型直流微电流表( 最小量程 2 nA) 、秒表、集液筒、水槽等． 试验中采用目标网状法测量液滴的荷质比，法拉第筒内布置 3 层铜网，放置在距电极环 12 cm 处． 当荷电液滴与铜网接触后会与大地形成回路，并产生微电流，用精密皮安表读出此电流，然后计算得到荷质比．

    1． 2 试验方法

    利用微量注射泵控制试验溶液的流量，用高压发生器及电压读数仪控制所加荷电电压，确定一段时间内微电流的数值是准确计算荷质比的关键． 试验中，在不同电压下，1 min 内读取6 次电流值; 每次试验完毕后充分放电，重复做 6 次，然后进行平均计算． 在大气中，微流量液体的静电雾化易发生卷吸现象，为了保证法拉第筒收集到全部的雾化液滴，将液体雾化模式保持在滴状模式和锥射流模式．