【摘 要】
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静电雾化是一种通过电场力作用使液体工质破碎雾化的技术。基于静电雾化技术的空间电喷雾推力器极具发展潜力,但基础研究的缺乏限制了其进一步发展。本文对乙醇（牛顿流体）、EMI-BF4（离子液体）及PIB溶液（粘弹性介电液体）三种不同物性工质在高压直流电场作用下的静电喷雾开展实验研究,对比分析工质电导率和粘弹性对电喷雾特性的影响,为电喷雾推进器控制调节、工质选择等方面提供理论基础。首先设计并搭建了一套静电
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静电雾化是一种通过电场力作用使液体工质破碎雾化的技术。基于静电雾化技术的空间电喷雾推力器极具发展潜力,但基础研究的缺乏限制了其进一步发展。本文对乙醇（牛顿流体）、EMI-BF4（离子液体）及PIB溶液（粘弹性介电液体）三种不同物性工质在高压直流电场作用下的静电喷雾开展实验研究,对比分析工质电导率和粘弹性对电喷雾特性的影响,为电喷雾推进器控制调节、工质选择等方面提供理论基础。首先设计并搭建了一套静电喷雾实验系统。该系统可以实现毛细针头与板电极间距的自由调节及板电极的快速更换,利用高速摄像系统实现对微尺度电喷雾的拍摄,并进行高频电流信号的同步采集。利用自编程的图像处理程序可获取滴落液滴粒径及液锥锥角。通过对乙醇静电喷雾实验研究,Taylor锥锥角随电压的升高呈线性增长,稳定的Taylor锥-射流模式下电流与流量满足I/I0=k（Q/Q0）1/2,荷质比与流量满足qm=k Q-0.5的标度率关系。这些实验结果均与理论分析所获得的规律相符。其次,对大气环境下离子液体EMI-BF4静电雾化进行了实验研究。发现离子液体EMI-BF4在正电压下存在4种工作模式:滴落、微滴、纺锤及不稳定射流,其在负电压下存在4种工作模式:滴落、微滴、锥-滴及半球-滴。在滴落模式和微滴模式下,主液滴粒径与电压满足以下关系:Ddrop=2.19-0.01282V ~2-0.00277V ~4,滴落频率与电压满足1/f=k V+b（k,b为待定系数）。通过对高频电流信号的同步采集,发现电流信号中的短促峰值对应液滴滴落或射流过程,震荡电流区间对应液锥形态不稳定变化。另外,观测到大气环境下离子液体电喷雾过程中的电晕放电现象。电晕放电所导致的空间电场畸变是影响离子液体无法形成稳定射流及液锥尖端曲率的重要因素。最后对粘弹性介电液体PIB溶液及其基液25#变压器油进行了电雾化实验研究。实验结果发现由于电导率极小,25#变压器油及PIB溶液射流均未发生射流破碎雾化。受弹性影响,PIB溶液不存在微滴模式,混合模式中射流末端不会断裂形成液滴。在滴落模式下,滴落频率随电压的升高先减小后增大。在较高电压下,PIB溶液及25#变压器油均会出现混合模式,即一个周期发生内N次射流和1次滴落。而乙醇和离子液体并没有观察到上述“混合模式”。
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