高集成微通道阵列荷电射流雾化特性及输运调控机制研究

Electrospray is a cutting-edge technology for the applications in biological medicine, environmental Engineering and micro/nano membrane preparation. In view of the low flow of the current single channel electrosprays, the efficiency is difficult to meet the demand of large-scale industrial application, this study put forward with a high level of integration of super hydrophobic micro hole array as a new type of electrosprays module. Proposed by building a new multiplexed electrosprays (MES) system, studying the voltage edge effect and the flow field structure between adjacent micro spray unit as the core content, designed to capture and real present the microscale coupling field charged droplet formation, broken, diffusion and kinetics of polymerization of microstructure evolution by use of advanced flow field measurement and display method, analyzing the electric field form, the geometric parameters and flow parameters and array integration of micro spray unit which effect the jet atomization characteristics of the new MES system , exploring microscale effect on the potential impact of the new MES atomization characteristics, trying to reveal the transport mechanism of electrosprays for the high integration of microchannel array, and on the basis key control parameters and scheme are obtained to optimize the atomization characteristics of the new MES system, the research results will lay a theoretical foundation for extending the practical applications of electrosprays technology.

静电微喷雾是生物医药、环保工程、微/纳米薄膜制备等领域应用的前沿技术。针对静电微喷雾存在雾化流量偏低、作业效率难以满足当今多种工业应用需求问题，本研究提出具有高集成度的超疏水微米孔阵列作为新型静电微喷雾模块的解决方案。拟通过构建新型微通道阵列静电微喷雾（MES）系统，以研究相邻微喷雾单元间的电压边缘效应及流场结构为核心内容，运用先进的流场测量及显示方法，捕捉并真实呈现微尺度流场内荷电液滴形成、破碎、扩散及聚合的动力学显微演变过程，分析电场形式、微喷雾单元几何参数、流动参数及阵列集成度等对新型MES系统射流雾化特性的影响及作用规律，建立微尺度特征信息与MES 雾化流动特性之间的内在联系，揭示高集成度微通道阵列静电微喷雾的输运调控机制，在此基础上获得优化新型MES 雾化特性的关键控制参数和方案。项目研究成果可为拓展静电微喷雾技术在多领域的实际推广应用提供理论和技术基础。

静电微喷雾是生物医药、环保工程、微/纳米薄膜制备等领域应用的前沿技术。针对静电微喷雾存在雾化流量偏低、作业效率难以满足当今多种工业应用需求问题，本研究通过构建新型微通道阵列静电微喷雾（MES）系统，以研究多股射流稳定性问题为主要内容，运用先进的流场测量及显示方法，捕捉并真实呈现了微尺度流场内荷电液滴形成、破碎、扩散及聚合的动力学显微演变过程，分析了电场增强结构、电场形式、微喷雾单元几何参数、流动参数等对新型静电微喷雾系统射流雾化特性的影响及作用规律。通过高时空分辨率的可视化精确捕捉，测定了液桥的突变与滴状模式转变的映射关系;结合小尺度PIV测量技术，判定了多股射流雾化的稳定性雾化结构；借助电邦德数及无量纲流量等参数探明稳定多股射流雾化区间及稳定股数演变规律，发现了荷电多股射流中稳定多股演变的电压开关效应；通过雾化微电流的动态监测，获得了电场增强结构下随流量变化的多股射流稳定雾化的电压区间及雾滴粒度的分布规律，重点关注了雾滴良好单分散性情况下雾化流量的提升、雾滴荷电性能的改善及稳定电压区间的扩展潜能，制定了调控微射流稳定雾化的行为准则，获得了优化新型电场增强结构下电流体多股射流雾化特性的关键控制参数和技术方案。项目研究成果为拓展静电微喷雾技术在多领域的实际推广应用提供理论和技术基础。