超声驻波作用下液流破碎过程仿真与实验研究

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超声驻波雾化技术作为直接利用驻波声场能量对声场中的液体进行破碎雾化来制备粉末的非接触式雾化技术,设备简单,制备的粉末具备球形度高,杂质少,粒径分布窄等优势,通过工艺参数的严格控制可以实现粉末粒度的可控,对于粉末的生产具有非常重大的意义。针对超声驻波声场中液滴和液流的变形、破碎乃至雾化的过程进行了仿真和实验研究,分析驻波声场中液滴和液流的雾化机理,研究不同雾化参数的影响规律,为雾化过程提供参数选择依据。首先,建立了超声驻波场的声学控制方程,基于Fluent软件建立了驻波声场模型。通过对声辐射力方程的分析推导,将声场和流场进行了耦合,为液体在声场中受力变形乃至破碎提供仿真基础。其次,基于驻波声场模型结合气液两相流模型建立了多物理场耦合的液滴及液流的雾化模型,使用自定义标量方程添加声辐射力,对超声驻波场中的液滴和液流的变形破碎乃至雾化的过程进行了仿真。基于变形过程中液滴和液流周围的压力场和速度场的变化,分析了液滴和液流在声场中变形破碎的雾化机理,通过对不同参数下液流的破碎过程分析,得到了不同参数对液流破碎的影响规律。最后,搭建了超声驻波雾化实验装置,进行了不同参数的液滴和液流的变形破碎直至雾化的实验。通过高速摄像机得到了液滴和液流雾化过程的图片,对液滴和液流的实际雾化过程和仿真进行了对比分析。进行了棕榈蜡和锡在超声驻波作用下破碎及雾化的实验,通过对所收集粉末的分析,获得了不同参数对粉末粒度的分布以及粉末形态等的影响规律。
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