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頻率對(duì)超聲波噴涂顆粒大小的影響

閱讀:648      發(fā)布時(shí)間:2024-6-12
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超聲波噴頭是一種利用壓電換能器在噴頭頂端產(chǎn)生高頻振動(dòng),從而在液膜中形成毛細(xì)波的噴霧器。當(dāng)毛細(xì)波的振幅達(dá)到臨界高度(由發(fā)生器提供的功率水平?jīng)Q定)時(shí),它們變得過(guò)高而無(wú)法自我支撐,每個(gè)波尖都會(huì)掉落微小的液滴,從而實(shí)現(xiàn)霧化。


噴頭結(jié)構(gòu)
噴頭結(jié)構(gòu)


影響霧化液滴初始大小的主要因素是振動(dòng)頻率表面張力液體粘度。通常,頻率在25–180 kHz之間,超出人類聽(tīng)力范圍,頻率越高產(chǎn)品的液體霧化顆粒越細(xì)。

根據(jù),中位液滴大小與頻率成反比,因此隨著頻率的增加,中位液滴大小減小。然而,液體的粘度和密度也會(huì)影響液滴大小。一般來(lái)說(shuō),粘度越高,液滴越大;密度越高,液滴越小。此外,噴嘴的設(shè)計(jì)、噴霧角度、液體流量和壓力等參數(shù)也會(huì)對(duì)霧化效果產(chǎn)生影響。

計(jì)算公式

液滴大小取決于頻率和化學(xué)性質(zhì),根據(jù)控制數(shù)學(xué)方程式:其中,f 是振動(dòng)表面的頻率,σ 是液體的表面張力,ρ 是液體的密度。 朗后來(lái)在實(shí)驗(yàn)研究中證明了這一方程,并建立了以下經(jīng)驗(yàn)方程。


頻率 (kHz)液體MMD (μm)
2539
3535
4827
6022
12013
18010


注:以上霧化液滴的中位粒徑為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下以水為樣品的近似值,不同液體和大氣壓強(qiáng)會(huì)有差異。

中位粒徑

那么什么是中位粒徑,數(shù)字中位數(shù)直徑定義了液滴大小的 50% 點(diǎn);也就是說(shuō),噴霧中一半的液滴的直徑大于這個(gè)值,另一半的液滴的直徑小于這個(gè)值。

液滴分布是通過(guò)將液滴群分成一組大小范圍(通道)并計(jì)算落在每個(gè)通道內(nèi)的液滴比例來(lái)獲得的。通道的寬度選擇為 4 微米。對(duì)于右邊顯示的 60 千赫噴頭分布,2% 的液滴落在覆蓋 10-14 微米范圍的通道內(nèi),4.5% 的液滴落在 14-18 微米范圍的通道內(nèi),依此類
推。

由于液滴直徑是在對(duì)數(shù)刻度上繪制的,通道的寬度隨著直徑的增加而顯得越來(lái)越窄。但是,每個(gè)通道的寬度都是 4 微米。峰值代表了分布的中位數(shù)液滴直徑。



超聲波霧化時(shí),霧滴的大小是由噴頭的振動(dòng)頻率、液體的表面張力和密度來(lái)決定的,其中頻率是決定因素,頻率越高,霧滴大小中位數(shù)直徑越小。

一般而言,超聲波噴頭產(chǎn)生的霧滴大小分布情況是遵循正態(tài)分布曲線的,下圖表顯示在不同頻率下以水為介質(zhì)的霧滴大小累計(jì)分布情況。有幾個(gè)參數(shù)可描述霧滴特定分布的平均及中位數(shù),霧滴數(shù)目中位數(shù)直徑是指霧滴大小的50%點(diǎn),也就是霧滴數(shù)目中有 一半的直徑大于這個(gè)值而另一半小于這個(gè)值。

霧滴數(shù)目平均直徑和體積平均直徑都是平均直徑,數(shù)目平均直徑是指把一個(gè)噴霧樣本中所有霧滴的直徑相加除以霧滴的數(shù)量,體積平均直徑是指把一個(gè)噴射樣本中所有霧粒的體積相加(體積與直徑的立方成正比),取其立方根,再除以霧滴的數(shù)量。


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