對液滴在電場作用下的撞擊及噴射行為的研究是靜電噴霧冷卻、原油脫水以及表面噴涂、微流控芯片等領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。通過可視化實驗觀察了液滴在垂直電場下的撞擊、噴射及反彈等運動行為。實驗發(fā)現(xiàn),液滴撞擊具有超疏水性質(zhì)的下極板表面上產(chǎn)生的噴射行為會隨著場強的升高出現(xiàn)三種不同的模式,第一種模式,液滴撞擊壁面后只會分裂一個或兩個子液滴,分裂的子液滴體積較大,第二種模式,液滴撞擊壁面后會分裂較多的子液滴,子液滴體積較小,第三種模式,液滴撞擊壁面后,隨著液滴的拉伸,液體截面積急劇縮小,液柱變得細長,最終會呈現(xiàn)出絲狀的分裂,在三種模式中,電場力、液滴表面張力、液滴自身重力、庫倫斥力和慣性力間的相互影響和耦合作用是出現(xiàn)三種模式的重要原因。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2019,40(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖２超疏水表面ＳＥＭ圖（標(biāo)尺５０?ｐｍ）??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｗａｌｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?５０?（ｉｍ）??

為。高壓靜電發(fā)生器與??下極板相連，上極板和針管均作接地處理，可以有??效地降低上極板與針管之間的電勢差，消除滴入液??滴的感應(yīng)荷電量，確保中性液滴進入板間電常實??驗中，利用注射泵定量滴取直徑約為（３．１±０．１）?ｍｍ??的液滴，為詳細記錄液滴在電場下的整個撞擊過程，??借助一臺高速攝影儀（拍攝頻率為２０００幀／秒）對液??滴撞擊后的噴射過程及反彈行為進行拍攝記錄，整??個實驗過程均在室溫環(huán)境下進行。實驗中為了防止??靜電累積，測量設(shè)備均作接地處理進行保護。實驗??系統(tǒng)如圖１所示。??圖１可視化實驗系統(tǒng)圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??實驗中，下極板表面為超疏水表面，其超疏水??表面制備方法如下：利用激光束對光滑鋁表面進行??規(guī)則刻蝕（單激光束功率５?Ｗ，刻蝕深度５（Ｕ〇ｎ），將??刻蝕后的鋁表面浸入丙酮溶液進行超聲波震蕩洗滌??２０?ｍｉｎ，再用去離子水對其表面進行沖洗，并置于真??空干燥箱（７０°Ｃ）進行烘干５?ｈ。最終，將干燥后的鋁??表面浸泡在體積分數(shù)為１％十七氟癸基三乙氧基硅烷??（Ｃｌｆ；Ｈ１９Ｆ１７０３Ｓｉ）的甲醇溶液中，并置于石墨加熱板??上進行恒溫（７０°Ｃ）加熱１?ｈ，對鋁表面進行低表面??能修飾。最終，獲得的超疏水表面的液滴靜態(tài)接觸??角可達到１６０°，超疏水效果良好，其表面微觀形貌??的ＳＥＭ圖如圖２所示。??圖２超疏水表面ＳＥＭ圖（標(biāo)尺５０?ｐｍ）??Ｆｉｇ．?２?ＳＥＭ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｗａｌｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?５０?（ｉｍ）??２實驗結(jié)果及討論

１２期??田野等：電場強度對液滴撞擊產(chǎn)生噴射行為的影響??２８５１??現(xiàn)出絲狀的分裂，如圖４（ｃ）。??圖３液滴在４?ｋＶ／ｃｍ場強下的高度變化??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｄｒｏｐｌｅｔ?ｈｅｉｇｈｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｕｎｄｅｒ?４?ｋＶ／ｃｍ??ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ??圖４三種液滴的噴射模式（標(biāo)尺２?ｍｍ）??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ?ｍｏｄｅｓ?ｆｏｒ?ｄｒｏｐｌｅｔ?ｅｊｅｃｔｉｏｎ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ａｐｐｌｉｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?（ｓｃａｌｅ?ｂａｒ?２?ｍｍ）??為了更好的明晰電場對液滴噴射的影響規(guī)律，??現(xiàn)定義當(dāng)液滴處于有無電場中，達到臨界噴射狀態(tài)??時，其頂點距離下極板的距離分別為払和此０．??圖５給出了?／／Ｓ／Ｈｓ０隨場強的變化關(guān)系，模式１??下，私／Ｆｓｎ稍稍大于１，液滴拉伸髙度并無明顯增??長，此時由千場強較小，電場力對液滴的拉伸作用??尚不顯著，慣性力在液滴拉伸中起主導(dǎo)作用。模式??２下，液滴的拉伸高度顯著增大，靜電場對液滴的拉??伸作用愈發(fā)明顯。模式３下，液滴拉伸高度達到最??大，約為無電場下的拉伸高度的２．５倍，且隨著場強??的增大，風(fēng)／私〇基本保持不變。一方面，液滴撞擊??在帶有電荷的鋁表面上，會發(fā)生接觸荷電，因此會??在液滴表面形成凈電荷，而由于電荷間的相互排斥??作用，使得液滴表面張力降低，在一定程度上會促??進液滴的拉伸另一方面，在垂直電場中，液滴??會受到沿表面切向的電場力，該切向電場力可以顯??著地加速界面處流體的流動１１Ｑ１，因此隨著液滴的拉??伸，液體截面積會減小，液柱會變得細長，但這會導(dǎo)??致液柱表面電荷密度增


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