本发明专利技术公开了一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统，阵列集成静电雾化装置包括多根平口毛细管喷嘴和双层交叉空间屏蔽电极，所述双层交叉空间屏蔽电极包括圆筒壁状电极和电极；在电极上开有通孔，圆筒壁状电极的底部安装在电极的上部且与电极上的通孔一一对应；所述平口毛细管喷嘴的输入端连接液体注入单元，所述平口毛细管喷嘴的输出端设置在圆筒壁状电极的中心位置，且保持输出端的端部与圆筒壁状电极底部边沿齐平；所述平口毛细管喷嘴连接负高压直流电源；并将阵列集成静电雾化装置应用于静电雾化试验；利用双层交叉空间屏蔽电极和平口毛细管，增强了单毛细管多股射流雾化的稳定性。管多股射流雾化的稳定性。管多股射流雾化的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统
[0001]本专利技术属于静电雾化领域，尤其涉及一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统。
技术介绍
[0002]静电喷雾(Electrospray，ES)技术是一种能以极低的能耗生产大量荷电液滴的雾化技术。该技术的主要原理是通过外加电场的静电作用削弱从喷嘴中流出液体的表面张力并使其发生破碎。与传统机械雾化方法相比，通过静电喷雾产生的液滴具有粒径小、单分散性好、可控性好等显著优点，其在薄膜制备、喷墨打印、生物制药等众多领域中展现出巨大的应用潜能。
[0003]近年来，静电雾化的相关研究与应用主要聚焦于锥射流模式，因为在该模式下能够稳定产生单分散性好的细小雾化液滴群。然而，静电雾化在该模式下运行时，生成雾滴粒径与液体供应流量间存在高度正相关的幂率关系。这意味着若要在该模式下获得微/纳米尺度的雾化液滴群，则必须将供应流量限制在极小的量级。这一特性在很大程度上限制了静电喷雾应用于工业领域时生产雾化液滴的产量。关于多股射流模式及其集成的研究为突破静电雾化流量瓶颈提供了新的解决思路。在多股射流模式下，供应流量可以大大提高，而生成液滴的粒径却仍可保持在微/纳米级别。在此基础上，若将喷嘴进行阵列集成，即叠加喷嘴数量并按照一定方式排列，并在多股射流模式下运行，则还可进一步大幅提升雾化液滴的产量。
[0004]目前，静电喷雾在多股射流模式下运行的主要缺陷是稳定性不强。而当使用阵列集成喷嘴进在多股射流模式下运行时，相邻喷嘴的射流之间还会由于存在喷雾电流而产生电压边缘效应，相互干扰。总的来说，多股射流模式的不稳定性影响了生成雾滴的单分散性等特性，这是限制其在工业生产领域应用的主要技术瓶颈。
技术实现思路
[0005]本专利技术根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统，设计了可拆卸式的双层交叉空间屏蔽电极，并基于3D打印技术制作了新型的平口毛细管，增强了单毛细管多股射流雾化的稳定性，同时采用有机玻璃板固定微通道单元以及屏蔽电极，从而集成了雾化喷嘴，消除了相邻微通道出口之间的电压边缘效应影响。该装置具结合了锥射流模式与多股射流模式的优势，有供给流量大，装置体积小、成本低及稳定性高等优点，可有效提升当前阵列集成雾化装置在多股射流模式下运行的稳定性以及生成雾化液滴的单分散性和产量。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，包括多根平口毛细管喷嘴和双层交叉空间屏蔽电极，所述双层交叉空间屏蔽电极包括圆筒壁状电极和电极；在电极上开有通孔，圆筒壁状电极的底部安装在电极的上部且与电极上的通孔一一对应；所述平口毛
细管喷嘴的输入端连接液体注入单元，所述平口毛细管喷嘴的输出端设置在圆筒壁状电极的中心位置，且保持输出端的端部与圆筒壁状电极底部边沿齐平；所述平口毛细管喷嘴连接负高压直流电源。
[0008]进一步，所述平口毛细管喷嘴内部为圆形通孔，且通孔的内径在0.2mm至0.5mm之间。
[0009]进一步，所述平口毛细管喷嘴外部为均匀的圆柱形，外径在0.8至1.0mm之间。
[0010]进一步，平口毛细管喷嘴的喷射端的外壁设置为圆锥形。
[0011]进一步，在喷射端的外部面做疏水涂层。
[0012]进一步，圆筒壁状电极材质为紫铜，电极材质为紫铜。
[0013]进一步，阵列集成静电雾化装置包括固定板、调整板和支撑板，所述固定板和调整板平行设置，所述支撑板设置在固定板和调整板之间；调整板上开有安装孔，将圆筒壁状电极逐个设置在安装孔内，且电极贴合安装在调整板的底部与每个圆筒壁状电极底部边沿连接。
[0014]进一步，电极采用铜箔贴片电极。
[0015]一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化实验系统，包液体注入单元、阵列集成静电雾化装置、接地极和信息采集单元；阵列集成静电雾化装置中平口毛细管喷嘴的输入端连接液体注入单元；接地极设置在平口毛细管喷嘴的下方，且接地极接地；信息采集单元包括LED冷光源和相机，LED冷光源朝向平口毛细管喷嘴与接地极之间的雾化区域照射，由相机采集雾化区域内的实验图像。
[0016]进一步，所述接地极作为正极，对应负极的平口毛细管喷嘴，接地极与平口毛细管喷嘴之间的间距保持在20mm。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1、对于本装置中采用的毛细喷管微通道，通过进行合理的喷嘴设计与工况设置，可实现单个喷嘴稳定的多股射流静电喷雾。相较于常规的锥射流模式，本装置产生的多股射流模式雾化射流在保证较大的供应流量的同时，扩大了多股射流模式稳定运行区间，又保持了生成雾化液滴的良好性质，这对多股射流静电雾化的实用性具有重要的意义。
[0019]2、为解决阵列喷嘴装置各个毛细管微喷嘴之间产生的电压边缘效应影响，设计了紫铜材质的双层交叉空间屏蔽电极。该装置组装简单，成本低廉，消除了相邻喷嘴间的电压边缘效应，使各个喷嘴产生的射流相互不产生干扰。此外，该电极屏蔽装置还实现了多股射流喷射锥角的限制，可将产生的雾滴聚集在更小的空间内。
[0020]3、通过进一步提升本专利技术所述阵列集成雾化装置的集成度，可以成倍提升供应流量，并相应大幅提升雾化液滴产量。同时，生成的雾化液滴平均直径与尺寸分布可保持与锥射流模式下产生的液滴相近的良好性质，且不会随着集成度提高而发生明显变化。这样既实现了在多股射流模式下的大流量液滴生产，又扩大了稳定运行区间，且兼具了锥射流模式雾化过程稳定、操作便利、生成液滴性质良好的优点，这是传统雾化方法和普通的喷嘴装置所难以实现的。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术中平口毛细管局部二维结构示意图；
[0023]图3是本专利技术中的双层交叉空间屏蔽电极；
[0024]图4是本专利技术的静电雾化实验装置；
[0025]图5是不同集成度装置下多股射流电流体动力学雾化形态演变图；
[0026]图6是微通道电流体动力学射流雾化的运行域；
[0027]图7是不同阵列集成微通道装置下形成并维持稳定多股射流模式运行所需的外加电压区间；
[0028]图8是同阵列集成微通道装置下形成稳定多股射流模式生成液滴的平均尺寸随供应流量的变化。
[0029]图中，1、平口毛细管喷嘴，2、固定板，3、支撑板，4、圆筒壁状电极，5、调整板，6、电极，7、微量注射泵，8、注射器，9、负高压直流电源，10、相机，11、LED冷光源， 12、接地板，13、输液管，14、导线，15、地极。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]如图1所示的一种稳定多股射流模式的阵列集成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，包括多根平口毛细管喷嘴(1)和双层交叉空间屏蔽电极，所述双层交叉空间屏蔽电极包括圆筒壁状电极(4)和电极(6)；在电极(6)上开有通孔，圆筒壁状电极(4)的底部安装在电极(6)的上部且与电极(6)上的通孔一一对应；所述平口毛细管喷嘴(1)的输入端连接液体注入单元，所述平口毛细管喷嘴(1)的输出端设置在圆筒壁状电极(4)的中心位置，且保持输出端的端部与圆筒壁状电极(4)底部边沿齐平；所述平口毛细管喷嘴连接负高压直流电源(9)。2.根据权利要求1所述的一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，所述平口毛细管喷嘴(1)内部为圆形通孔，且通孔的内径在0.2mm至0.5mm之间。3.根据权利要求2所述的一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，所述平口毛细管喷嘴(1)外部为均匀的圆柱形，外径在0.8至1.0mm之间。4.根据权利要求2所述的一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，平口毛细管喷嘴(1)的喷射端的外壁设置为圆锥形。5.根据权利要求1所述的一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，在喷射端的外部面做疏水涂层。6.根据权利要求1所述的一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，其特征在于，圆筒壁状电极(4)材质为紫铜，电...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍元平，李尤，张聪，马登辉，王军锋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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