Влияние частоты ультразвука на размер частиц при распылении

Ультразвуковые форсунки — это тип распылителей, в которых используется пьезоэлектрический преобразователь для генерации высокочастотных колебаний на кончике форсунки, создающих капиллярные волны в жидкой пленке. Когда амплитуда этих волн достигает значительного пика (определяемого с помощью мощности, подаваемой генератором), они становятся слишком высокими, чтобы удерживаться самостоятельно, и каждый кончик волны выпускает мельчайшие капли, осуществляя таким образом распыление.

Наиболее важными факторами, влияющими на предварительное измерение распыленных капель, являются частота колебаний, поверхностное натяжение и вязкость жидкости. Как правило, диапазон частот составляет от 25 до 180 кГц, что выходит за пределы диапазона человеческого слуха. Более высокие частоты приводят к образованию более мелких распыленных частиц.

Согласно документам, медианный размер капель обратно пропорционален частоте; с увеличением частоты медианный размер капель уменьшается. Однако вязкость и плотность жидкости также влияют на размер капель. В целом, большая вязкость влияет на размер крупных капель, а большая плотность — на размер более мелких. Кроме того, такие параметры, как конструкция сопла, угол распыления, состав жидкости (соотношение расхода и деформации), также влияют на качество распыления.

Формула расчета

Измерение капель основано на частоте и химических свойствах в соответствии с управляющим математическим уравнением: где f — частота колебаний поверхности, σ — поверхностное напряжение жидкости, а ρ — плотность жидкости. Позже Ланг экспериментально доказал это уравнение и вывел следующее эмпирическое уравнение.

Медианный размер частиц

Что такое медианный размер частиц? Числовой медианный диаметр определяет 50%-ный фактор размера капель; то есть половина капель в распыляемой жидкости имеет диаметр больше этого значения, а другая половина — диаметр меньше этого значения.

Распределение капель определяется путем разделения популяции капель на набор диапазонов размеров (каналов) и вычисления доли капель, попадающих в каждый канал. Ширина канала выбрана равной 4 микронам. Для распределения капель при частоте 60 кГц, показанного справа, 2% капель попадают в канал, охватывающий диапазон 10-14 микрон, 4,5% — в диапазон 14-18 микрон и так далее.

Поскольку диаметры капель отображены в логарифмическом масштабе, ширина каналов кажется уже по мере увеличения диаметра. Однако ширина каждого канала составляет 4 микрона. Пик представляет собой медианный диаметр капель в распределении.

При ультразвуковом распылении размер капель определяется частотой вибрации сопла, поверхностным натяжением жидкости и ее плотностью. Частота является наиболее важным фактором; более высокие частоты приводят к меньшему среднему диаметру капель.

В общем, распределение размеров капель, получаемое с помощью ультразвуковых форсунок, соответствует обычной кривой распределения. Приведенная выше диаграмма показывает кумулятивное распределение размеров капель воды на разных частотах. Для описания среднего и среднего значения распределения размеров капель можно использовать несколько параметров. Средний диаметр соответствует точке, где находится 50% капель, то есть половина капель имеет диаметр больше этого значения, а половина — меньше.

Как числовой, так и объемный диаметры являются распространенными диаметрами. Числовой диаметр вычисляется путем суммирования диаметров всех капель в распыляемой области и деления полученной суммы на количество капель. Объемный диаметр вычисляется путем суммирования объемов всех капель в распыляемой области (объем пропорционален кубу диаметра), извлечения кубического корня из этой суммы и деления на количество капель.