王軍鋒，范志恒，王東保，陸帥全

（江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

電場(chǎng)作用下液液多相流的研究已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在化學(xué)工業(yè)如酯交換反應(yīng)制備生物柴油過(guò)程中，通過(guò)施加電場(chǎng)能夠減小液滴尺寸以改變兩相的接觸面積，從而增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)的傳熱傳質(zhì)效率[1-2]。在微型設(shè)備的液滴驅(qū)動(dòng)方面，電場(chǎng)管控具有可控性強(qiáng)、能耗低、液滴分散性好等優(yōu)點(diǎn)[3]。相關(guān)工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中存在著電場(chǎng)引發(fā)的液滴變形及破碎現(xiàn)象。當(dāng)對(duì)單個(gè)液滴施加電場(chǎng)作用時(shí)，庫(kù)侖力會(huì)增強(qiáng)液滴表面的不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致液滴發(fā)生變形及庫(kù)侖分裂。實(shí)際上，利用靜電場(chǎng)控制液滴的變形及分裂行為最早可以追溯到18 世紀(jì)末19 世紀(jì)初。早在1882 年，Rayleigh[4]通過(guò)理論分析得到了液滴發(fā)生庫(kù)侖分裂的臨界條件，但他并未提出液滴破碎的具體模式和行為演化過(guò)程。1964 年，Taylor[5]首先提出了泰勒錐模型，泰勒錐是一種典型的庫(kù)侖分裂模式。Jaworek等[6]根據(jù)射流的彎液面以及霧化液滴特性歸納出8種不同泰勒錐的庫(kù)侖分裂形態(tài)。泰勒錐的相關(guān)研究作為靜電噴霧的重要分支，廣泛應(yīng)用于噴墨打印、靜電紡絲等領(lǐng)域[7-8]。

近年來(lái)，許多學(xué)者也致力于研究氣液系統(tǒng)中電流體動(dòng)力學(xué)（EHD） 對(duì)氣泡行為的影響[9-11]。Zaghdoudi 等[11]對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)作用下氣泡的生長(zhǎng)行為進(jìn)行了數(shù)值研究分析，發(fā)現(xiàn)了電應(yīng)力能夠使氣泡在電場(chǎng)方向上變形并引起氣泡周?chē)牧黧w運(yùn)動(dòng)。Di Marco 等[12]研究了電場(chǎng)對(duì)氣泡脫離粒徑的影響，結(jié)果表明，氣泡的脫離及運(yùn)動(dòng)主要是介電泳力引起的。氣液兩相系統(tǒng)中的相關(guān)研究也為液液系統(tǒng)中的荷電液滴庫(kù)侖分裂過(guò)程提供了理論基礎(chǔ)。電場(chǎng)作用下液液兩相中液滴庫(kù)侖分裂的機(jī)理極其復(fù)雜，離散液滴在連續(xù)相液體中的破碎主要是液液兩相界面張力、黏性滯力及電應(yīng)力共同作用的結(jié)果[13-15]。對(duì)于離散液滴庫(kù)侖分裂的研究主要從液滴破碎的臨界條件、液滴分裂過(guò)程以及相應(yīng)破裂特征等方面展開(kāi)[16]。研究者通過(guò)試驗(yàn)探究和理論分析的方法對(duì)液液系統(tǒng)中離散液滴的庫(kù)侖分裂模式及行為演變過(guò)程開(kāi)展相關(guān)研究，獲得了電場(chǎng)強(qiáng)度和液體特性等因素對(duì)單液滴荷電行為的初步影響規(guī)律。Eow 等[15,17]研究了油中水滴的庫(kù)侖分裂形態(tài)，當(dāng)液滴變形率超過(guò)臨界值時(shí)，液滴界面處會(huì)沿電場(chǎng)方向形成突起的液錐，錐頂處形成微射流，破碎出更細(xì)小的液滴。

經(jīng)過(guò)對(duì)前人學(xué)者研究的分析總結(jié)，Raut等[18]概括出了單個(gè)懸浮液滴兩種最常見(jiàn)的庫(kù)侖分裂模式：尾部斷裂和尖端射流。Nishiwaki等[19]發(fā)現(xiàn)了聚合液滴在交流電場(chǎng)作用下的4種庫(kù)侖分裂模式，并給出了4種模式與不同介質(zhì)黏度比的關(guān)系。Deng等[20]探究了直流電場(chǎng)中硅油液滴的4種變形破碎模式，并得出場(chǎng)強(qiáng)越大、液滴粒徑越小，液滴傾斜旋轉(zhuǎn)角度越大的結(jié)論。Dubash等[21]觀察了勻強(qiáng)電場(chǎng)作用下被黏性絕緣流體包圍的相對(duì)無(wú)黏的導(dǎo)電液滴的緩慢變形，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大，液滴的破碎模式從尖端破碎轉(zhuǎn)換成了絲狀射流。Luo 等[22]利用高速攝影技術(shù)探究了含表面活性劑的水滴庫(kù)侖分裂特性，定量研究了液滴破碎的3個(gè)階段，重點(diǎn)分析了表面活性劑對(duì)液滴拉伸過(guò)程、連接位置和子液滴尺寸的影響。Li等[23]分析了電場(chǎng)強(qiáng)度和液滴尺寸對(duì)液滴形變的影響，得到了液滴達(dá)到穩(wěn)定變形狀態(tài)的時(shí)間與液體物性參數(shù)的關(guān)系。對(duì)電場(chǎng)作用下液液系統(tǒng)中的研究，較多集中在單個(gè)懸浮在連續(xù)相介質(zhì)中液滴的變形、破碎等動(dòng)力學(xué)行為的分析，針對(duì)噴嘴處離散液滴在不同生長(zhǎng)階段下的庫(kù)侖分裂演變行為特性研究較少，其相關(guān)機(jī)理未完全揭示。

本文主要研究了不同生長(zhǎng)階段的荷電甲醇液滴在不混溶大豆油介質(zhì)中的庫(kù)侖分裂行為和具有時(shí)間分辨特性的演化規(guī)律。利用高速顯微成像技術(shù)精確捕捉了附著在噴嘴上單個(gè)液滴的變形、破碎等現(xiàn)象的形貌特征。根據(jù)液滴的荷電與力學(xué)特性定量分析了電場(chǎng)強(qiáng)度和不同生長(zhǎng)階段液滴的粒徑對(duì)液滴變形及破碎的影響，得到了推壓變形、頂部破碎、頂部-邊端破碎、傘狀破碎等4 種特殊的變形及庫(kù)侖分裂模式。本研究旨在提供一些新穎而特殊的帶電液滴庫(kù)侖分裂的模式，以更好地探究電場(chǎng)對(duì)液-液體系中兩相分散強(qiáng)化作用的影響。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

采用靜電顯微高速攝像試驗(yàn)系統(tǒng)拍攝直流電場(chǎng)作用下油中醇滴庫(kù)侖分裂特性的微觀圖像，試驗(yàn)裝置如圖1 所示。試驗(yàn)采用50mm×50mm×80mm 的有機(jī)玻璃容器，在容器底部置有一不銹鋼毛細(xì)管，其內(nèi)外徑分別為0.5mm 與0.8mm。大豆油（精煉一級(jí)）作為連續(xù)相介質(zhì)放置于容器內(nèi)部，其頂部固定有銅板，銅板與不銹鋼針頭頂端的距離為50mm。離散相甲醇液滴通過(guò)毛細(xì)管自容器底部注入，其粒徑由微流量注射泵以極小的流量（3mL/h）精確控制。毛細(xì)管針頭與高壓靜電發(fā)生器負(fù)極相連，玻璃容器上部的銅板接地，因此針板間形成了使液滴接觸荷電的非勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域。

圖1 荷電液滴顯微高速攝像試驗(yàn)系統(tǒng)

使用Phantom V1611 型顯微高速數(shù)碼攝像機(jī)，配合12 倍變焦顯微鏡頭拍攝記錄針頭處液滴的變形及破碎特征。以5000 幀/s 的幀率精確捕捉不同生長(zhǎng)階段的液滴在施加直流電場(chǎng)后的行為演變過(guò)程并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。高亮LED 片光源放置在高速數(shù)碼相機(jī)的對(duì)面用來(lái)確保在極短的曝光時(shí)間內(nèi)獲得辨識(shí)度較高的圖片，結(jié)合圖像處理軟件對(duì)得到的圖像進(jìn)行特征提取。試驗(yàn)控制在室溫20℃下進(jìn)行，外加電壓在0～8kV，懸掛在針頭上的甲醇液滴的軸向粒徑范圍為0.7～2.5mm。試驗(yàn)過(guò)程中采用的油醇物性參數(shù)見(jiàn)表1，其中兩相流體的界面張力由JYW-200B表面張力測(cè)試儀測(cè)得。

表1 試驗(yàn)中所用介質(zhì)的物性參數(shù)

1.2 圖像處理及誤差分析

采用MATLAB 及imageJ 軟件對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理，以采集圖片中液滴的相關(guān)參數(shù)。運(yùn)用Otsu算法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理以快速且精確地提取圖像邊緣，選擇合適的閾值，比較像素的灰度值與設(shè)定閾值的大小，將圖像中的液滴部分和背景部分區(qū)別開(kāi)來(lái)。采用Canny 算法及bwmorph 函數(shù)進(jìn)行液滴圖像的邊緣提取并完成邊緣細(xì)化，當(dāng)像素值為1的點(diǎn)的個(gè)數(shù)變化小于取定的值時(shí)，就可以得到細(xì)化最終圖。對(duì)區(qū)域的邊界和該區(qū)域中包含的像素?cái)?shù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，得到液滴的最大長(zhǎng)寬比并由此批量計(jì)算液滴運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變形率。在破碎小液滴的粒徑統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中，首先對(duì)圖像進(jìn)行高斯模糊及銳化處理，使液滴輪廓更加清晰，隨后對(duì)圖像進(jìn)行二值化的分割，利用軟件的Process-Binary 工具對(duì)其進(jìn)行孔洞填充和精細(xì)分割，最后設(shè)置尺寸范圍及圓度等參數(shù)獲得液滴的粒徑分布情況。根據(jù)圖像中液滴底部邊緣的灰度差異及分裂的位置來(lái)判斷液滴發(fā)生臨界傘狀破碎的時(shí)刻，從而精確定義液滴的臨界破碎長(zhǎng)度。

試驗(yàn)測(cè)量及基于圖像的數(shù)據(jù)處理具有不確定性，數(shù)據(jù)提取過(guò)程中存在相應(yīng)的誤差。試驗(yàn)中的主要變量包括電場(chǎng)強(qiáng)度和液滴粒徑可分別由高壓靜電發(fā)生器及微流量注射泵精確控制，通過(guò)高頻率的顯微變焦鏡頭捕捉到液滴荷電分裂的全貌，每組試驗(yàn)間隔固定的時(shí)間以保證系統(tǒng)重新達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)，因此試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中的誤差相對(duì)較小。圖像處理過(guò)程中的誤差主要包括兩方面，其一為圖像的選取，如對(duì)破碎的小液滴進(jìn)行粒徑統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，母液滴頂部剛破碎出小液滴時(shí)其分布較為密集，且存在相互遮擋的情況，因此需要選取破碎小液滴相對(duì)彌散開(kāi)來(lái)的圖片進(jìn)行特征分析，通過(guò)多角度多次的測(cè)量可減小這一人為選擇的誤差。其二為圖像處理軟件測(cè)量過(guò)程的誤差，主要原因是對(duì)閾值的選擇與確定。選擇合適的閾值時(shí)首先將一個(gè)像素定義為起始像素，再根據(jù)相似性準(zhǔn)則創(chuàng)建具有一定均勻性的空間區(qū)域。選取圖像輪廓時(shí)液滴的邊界誤差最大為±1像素，高速數(shù)碼相機(jī)拍攝得到的圖像分辨率約為每像素0.051mm，而液滴的尺寸介于0.7～2.5mm之間，經(jīng)計(jì)算得到其最大平均誤差在4.6%左右（2.1%～7.3%）。液滴發(fā)生臨界傘狀破碎前的長(zhǎng)度范圍介于1.5～3.1mm之間，圖像處理過(guò)程中的平均誤差最大為2.5%左右（1.6%～3.4%）。通過(guò)邊緣細(xì)化和平滑處理，液滴的輪廓顯示得更加清楚，因此圖像處理軟件產(chǎn)生的誤差可以控制在3%以內(nèi)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 變形與分裂形式

試驗(yàn)結(jié)果表明，直流電場(chǎng)作用下，電場(chǎng)強(qiáng)度以及液滴在不同生長(zhǎng)階段粒徑的變化對(duì)針頭處液滴的變形和分裂形態(tài)有很大的影響。液滴由較低流量下的微流量注射泵穩(wěn)定在針頭頂端，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)液滴得以維持穩(wěn)定狀態(tài)，因此液滴從平衡狀態(tài)到失穩(wěn)的現(xiàn)象主要是電場(chǎng)力Fe引起的。理論上，電場(chǎng)力Fe的大小取決于電場(chǎng)強(qiáng)度E，而電邦德數(shù)BoE可以用來(lái)表征電場(chǎng)力和毛細(xì)力的相對(duì)大小[24-25]。Fe、E、BoE計(jì)算方法見(jiàn)式(1)～式(3)。

式(1)[26]右側(cè)三部分分別表示庫(kù)侖力、介電泳力和電致伸縮力。式(2)中，V為外加電壓；r為噴嘴的外半徑；H為銅板到針管頂部的距離。式(3)中，εl為連續(xù)相流體的絕對(duì)介電常數(shù)；λ為兩相流體的界面張力。

在本文的試驗(yàn)范圍內(nèi)，毛細(xì)管口微尺度醇滴的變形及破裂模式主要有4種，即推壓變形、頂部破碎、頂部-邊端破碎、傘狀破碎，如圖2(a)～(d)所示。針頭尖端到液滴頂部的距離d被用來(lái)表征液滴生長(zhǎng)階段的尺寸。決定這4種模式的因素主要是電場(chǎng)強(qiáng)度和液滴在不同生長(zhǎng)階段時(shí)的粒徑大小。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，液滴在庫(kù)侖力及介電泳力作用下脫離針頭，在脫離過(guò)程中液滴同時(shí)受到針頭的推力以及連續(xù)相流體的浮升力和壓力，因此液滴呈橢球形向液體上方運(yùn)動(dòng)[27]。隨著液滴逐漸遠(yuǎn)離毛細(xì)管，在表面張力作用下液滴緩慢恢復(fù)至球形。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大，液滴的推壓變形度也隨之增大，同時(shí)液滴的頂部形成了液錐，在錐頂分裂出更小尺寸的液滴，部分產(chǎn)生的小液滴也會(huì)在庫(kù)侖力的作用下發(fā)生二次分裂。在頂部-邊端破碎模式下，液滴首先在頂部破碎出一定數(shù)量的小液滴，隨后液滴的側(cè)邊也會(huì)斷裂出子液滴。這兩種破碎的原因有所不同，液滴頂部的破碎是由于電荷沿著電場(chǎng)方向遷移聚集，局部電荷量首先達(dá)到瑞利極限后形成的微射流，而液滴側(cè)邊的破碎則主要是由于荷電液滴受到流體表面的壓力及電場(chǎng)力共同作用下產(chǎn)生的尾部斷裂。當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，液滴的頂部產(chǎn)生了多股微射流，形成了數(shù)量更多的微小液滴，隨后液滴發(fā)生了傘狀破碎。與前3種模式不同的是，由于液滴的表面電荷密度及體電荷密度較大，液滴所受庫(kù)侖力較大，因此液滴的破碎程度更加劇烈，液滴主體被分裂成眾多粒徑不同的小液滴。值得注意的是，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，液滴所受的庫(kù)侖力及介電泳力變大，液滴的脫離及運(yùn)動(dòng)速度加快。圖3為液滴所受電場(chǎng)力示意。εl和εm分別表示連續(xù)相流體和離散相液滴的介電常數(shù)，兩相流體介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)是決定介電泳力的重要因素。由于液滴與連有負(fù)高壓的針頭直接接觸，液滴整體帶負(fù)電性，表現(xiàn)為液滴的表面聚集有較多的負(fù)電荷。液滴表面電荷的存在受到針頭處電荷的排斥作用，使液滴相界面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，限制了液滴的進(jìn)一步增長(zhǎng)，各剪切應(yīng)力形成的庫(kù)侖合力垂直指向于板狀電極，與介電泳力一同促進(jìn)液滴的分離與運(yùn)動(dòng)。此外，電致伸縮效應(yīng)同樣是由電介質(zhì)的極化引起的，但由于其作用比較微弱，可忽略不計(jì)[28]。

圖2 不同模式下液滴變形及分裂的時(shí)序演化過(guò)程

圖3 液滴所受電場(chǎng)力

2.2 低電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的變形

當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，液滴受到電場(chǎng)力的作用脫離針頭，脫離過(guò)程中液滴會(huì)發(fā)生不同程度的變形。液滴的變形率ψ受到電場(chǎng)強(qiáng)度和不同生長(zhǎng)階段液滴在針頭軸向粒徑d的影響。其中ψ定義為脫離后液滴在針頭方向的軸向長(zhǎng)度與徑向長(zhǎng)度之比。液滴在脫離針頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的拉伸，因此在初始時(shí)刻液滴的變形率大于1。不同生長(zhǎng)階段的液滴在同一電場(chǎng)強(qiáng)度下的變形率如圖4所示。液滴的粒徑較小時(shí)，相同電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的表面電荷密度最大，不同極性電荷會(huì)沿著電場(chǎng)方向聚集在液滴兩端，液滴在脫離針頭后在該方向發(fā)生拉伸變形，此時(shí)來(lái)自針頭的推力和連續(xù)相流體的壓力影響較小。隨著液滴遠(yuǎn)離針頭，液滴在表面張力作用下逐漸恢復(fù)至球形。液滴的粒徑較大時(shí)，液滴受到的推壓效應(yīng)更顯著，因此液滴呈壓扁的橢球形向液體上方運(yùn)動(dòng)。圖5 表示同一生長(zhǎng)階段、不同電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的變形。對(duì)于初始粒徑為2mm 的液滴，液滴在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的變形模式一致，在施加電場(chǎng)后，液滴受到針頭的斥力加速脫離并向上運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)強(qiáng)度越大，液滴所獲得的初始動(dòng)量越大，液滴受到連續(xù)相流體的壓力越大，荷電液滴達(dá)到最大變形度的時(shí)間越長(zhǎng)，液滴的變形程度更加劇烈，此時(shí)液滴的表面張力和連續(xù)相流體的壓力保持平衡。

圖4 同一電場(chǎng)強(qiáng)度、不同生長(zhǎng)階段液滴的變形

圖5 同一生長(zhǎng)階段、不同電場(chǎng)強(qiáng)度液滴的變形

2.3 中高電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的頂部破碎

當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，在脫離針頭的過(guò)程中液滴的頂部同時(shí)也會(huì)發(fā)生尖端破碎。由于針頭軸向方向的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較大，處于針頭軸中心線處的液滴頂部聚集有數(shù)量較多的自由電荷，在庫(kù)侖力的作用下這一部分最容易發(fā)生分裂現(xiàn)象。液滴頂部破碎得到微小液滴的粒徑和數(shù)量與電場(chǎng)強(qiáng)度及不同生長(zhǎng)階段母液滴的尺寸有關(guān)。利用圖像分析軟件對(duì)破碎小液滴的圖片進(jìn)行銳化及二值化處理，并自動(dòng)提取小液滴的特征進(jìn)行粒徑統(tǒng)計(jì)分析，多次測(cè)量取平均值，測(cè)量誤差在5%以內(nèi)。圖6 為同一電場(chǎng)強(qiáng)度、不同生長(zhǎng)階段下液滴頂部破碎小液滴的粒徑分析。從圖中正態(tài)分布曲線可以看出，液滴在初始生長(zhǎng)階段破碎得到的小液滴數(shù)量最多，原因同樣為當(dāng)母液滴粒徑較小時(shí)，液滴的表面電荷密度較大，其破碎程度相對(duì)劇烈。隨著母液滴粒徑增大，正態(tài)分布曲線的峰值向粒徑增大的一側(cè)偏移，表明破碎小液滴的平均粒徑隨著母液滴尺寸的增加而增加。圖中散點(diǎn)圖表示d=1.36mm 的液滴頂端破碎小液滴的分布情況，在破碎的微小液滴中，粒徑較小的液滴數(shù)量較多，粒徑越大液滴數(shù)量越少。同一生長(zhǎng)階段、不同電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的頂部破碎情況如圖7所示，從正態(tài)分布曲線可以看出，電場(chǎng)強(qiáng)度越大時(shí)液滴頂部破碎得到的小液滴數(shù)量越多，電場(chǎng)強(qiáng)度的差異對(duì)破碎小液滴的平均粒徑影響較小。圖中散點(diǎn)圖表示BoE=7.43時(shí)液滴頂端破碎小液滴的分布情況，同樣的，小液滴的尺寸-數(shù)量分布呈階梯形，粒徑越大的液滴所占的比例越小。

圖6 同一電場(chǎng)強(qiáng)度、不同生長(zhǎng)階段液滴的頂部破碎

圖7 同一生長(zhǎng)階段、不同電場(chǎng)強(qiáng)度液滴的頂部破碎

2.4 高電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴的傘狀破碎

圖8 液滴的臨界傘狀破碎長(zhǎng)度

2.5 液滴變形及庫(kù)侖分裂模式相圖

在本文的試驗(yàn)范圍內(nèi)，通過(guò)改變電場(chǎng)強(qiáng)度和不同生長(zhǎng)階段液滴的粒徑大小，液滴的變形及庫(kù)侖分裂模式可被分為4 種：推壓變形、頂部破碎、頂部-邊端破碎、傘狀破碎。圖9為附著在針頭上的液滴在直流電場(chǎng)作用下的變形及破碎模式分類(lèi)，各種模式從左至右以不同的圖標(biāo)表示并以斜線相隔。從圖中可以看出，電場(chǎng)強(qiáng)度是控制液滴發(fā)生不同動(dòng)力學(xué)行為的重要因素，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，液滴的變形及破碎程度越劇烈。此外，不同生長(zhǎng)階段的液滴粒徑大小也對(duì)液滴的變形及破碎產(chǎn)生影響，通常情況下，液滴的粒徑越小，在同一電場(chǎng)強(qiáng)度下液滴更容易發(fā)生破碎。在推壓變形模式下，液滴受到電場(chǎng)力的作用脫離針頭并向液體上方運(yùn)動(dòng)，在針頭的推力與外界流體的壓力下液滴大多呈現(xiàn)為壓扁的橢球體，此時(shí)液滴并不會(huì)有破碎現(xiàn)象產(chǎn)生，推壓變形模式主要發(fā)生在0

圖9 液滴變形及庫(kù)侖分裂模式相圖

3 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)分析了非勻強(qiáng)電場(chǎng)作用下不同生長(zhǎng)階段的甲醇液滴在不相融大豆油介質(zhì)中的變形及庫(kù)侖分裂行為，基于顯微高速攝像技術(shù)對(duì)荷電液滴具有時(shí)間分辨特性的演化規(guī)律進(jìn)行了可視化研究，得到了電場(chǎng)強(qiáng)度、液滴粒徑等因素對(duì)液滴相界面電流體動(dòng)力學(xué)行為的影響，根據(jù)量綱為1參數(shù)劃分得到了特定工況下荷電液滴的庫(kù)侖分裂模式相圖，所得主要結(jié)論如下。

在本文的試驗(yàn)條件下，甲醇液滴受到電場(chǎng)力作用脫離針頭并向外流體的上方運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在毛細(xì)管口發(fā)生變形及破碎現(xiàn)象。試驗(yàn)范圍內(nèi)液滴的變形及破裂模式主要可以分為4 種：推壓變形、頂部破碎、頂部-邊端破碎、傘狀破碎。在低電場(chǎng)強(qiáng)度下（0