摘要
液滴蒸发在生活中十分常见，在蒸发的过程中会存在着各种复杂的传热传质现象。研究表明，对液滴施加电场可以有效的提高液滴的蒸发速率，具有能耗低、效率高、节约空间的特点，它有着及其丰富的使用范围，例如工业废水零排放、锅炉清洗、工程建设、医学、气候变化、冷库设计等。伴随着基面固着液滴在电场中蒸发，液滴会出现变形、收缩、振动等现象。本文通过研究液滴随着电压变化而改变的变形特性和蒸发特性，研究电场作用下液滴的蒸发过程，并且建立蒸发模型。 目前有很多学者在研究液滴蒸发过程时对基面的性质和温度等因素进行了研究，如基面厚度和疏水性对液滴形状的影响、基面沉积图像、蒸汽扩散性质、传热传质特性等，但是对于电场强化基面固着液滴蒸发过程的研究相对较少。本文采用可视化研究手段，针对电场中基面固着液滴的蒸发过程进行了基础研究工作，主要内容如下: 首先对电场中基面固着液滴的蒸发过程进行了可视化实验研究。搭建了悬挂式基面固着液滴蒸发可视化实验台，使用恒温干燥箱控制环境温度，使用电子天平记录液滴质量变化。同时，使用电子显微镜实时拍摄蒸发过程中液滴的显微形貌特征，获得了其质量、形貌特征的变化规律。对实验结果进行了误差分析，结果表明，电场中基面液滴蒸发符合经典的D2定律。对电场中基面固着液滴蒸发过程中液滴的变形特性进行了实验研究，记录了其振动幅度和频率，并揭示了静电场诱导液滴产生振动的作用形式和机制。 其次对电场使液滴在不同蒸发模式中蒸发特性的影响进行了实验研究。在针-板、板-板电极间加入不同种类、不同浓度的盐溶液液滴来进行蒸发。实验得出了电场强度、温度、电极形式、异极距、针电极的曲率半径、盐离子化合价、离子风等因素对液滴蒸发特性的影响，获得了液滴的生存时间、半径、接触角、蒸发速率等随施加电压强度的变化规律，确定了蒸发模式切换的判断标准，确定了温度场和电场耦合时对蒸发的作用效果。 最后通过计算液滴的Marangoni数，研究了不同蒸发阶段Marangoni效应强度以及Marangoni效应对液滴蒸发的强化作用。分析了Marangoni数和接触角的相关性并揭示了Marangoni数在蒸发过程中变化的原因。
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