Particuology 2016 – 气动雾化器喷雾扫描：液滴粒径与速度分布

气动雾化器利用空气将液体雾化成细小液滴，从而形成喷雾。此类雾化器在涂装、涂层、喷雾干燥和制药应用中发挥着重要作用。对于这些工艺，可靠的喷雾扫描有助于用户了解液滴粒径、液滴速度、喷雾分布和工艺稳定性。

本研究采用时移测量技术对气动雾化器的喷雾进行了分析。该方法在喷雾中的不同位置测量单个液滴，从而能够建立液滴粒径、液滴速度、相对液滴密度和相对体积流量的空间分布。

Schäfer, W., Rosenkranz, S., Brinckmann, F., & Tropea, C. (2016). Analysis of pneumatic atomizer spray profiles. Particuology, 29, 80–85. https://doi.org/10.1016/j.partic.2015.12.002

喷雾扫描使测量位置在喷雾场中移动，从而绘制出详细的喷雾分布图。在该论文中，气动雾化器的喷雾在不同的轴向和横向位置进行了测量。系统分析了xz平面内喷雾锥的宽侧。

测量结果显示了液滴粒径和速度在喷雾中的变化，也显示了成形空气对雾化的影响：较高的成形空气压力会产生更小的液滴，而液滴速度则呈现出不同的空间变化规律。

时移法利用单个液滴的光散射信号。当液滴穿过特定形状的光束时，光学探测器记录时间分辨信号。系统可根据这些信号计算液滴粒径和速度。

该方法适用于工业喷雾，因为它可以测量透明和不透明的液滴，并且可以在背向散射几何结构下工作。因此，探测器和光源可以位于测量位置的同一侧。

气动雾化器的喷雾呈现出清晰的空间分布规律。液滴粒径中值和液滴速度中值随测量位置而变化。此外，相对液滴密度和相对体积流量在整个喷雾锥上呈现出特征性分布。

这些结果对于喷雾工艺开发十分重要。详细的喷雾扫描有助于比较喷嘴、评估涂料施涂工艺并检测雾化器性能的变化。

该论文提出了SR-Matrix，作为对喷雾过程的一种紧凑数学描述。该矩阵综合了液滴粒径、速度、相对密度和相对体积流量的信息。

SR-Matrix能够以较少的测量点描述喷雾分布，还可用于比较不同的雾化工艺、不同的喷嘴或不同的涂料材料。此外，它还为检查气动雾化器的制造公差提供了一种可行途径。

气动雾化器喷雾扫描可为涂装技术领域的研究、开发和质量控制提供支持，帮助用户了解雾化器设置如何影响喷雾。重要参数包括雾化空气、成形空气、液体流量、喷嘴几何结构和材料特性。

该方法可为涂料开发、喷枪表征、涂装工艺优化和工业喷雾监测提供支持，同时也为现代光学喷雾诊断和AI辅助喷雾分析奠定了技术基础。

该研究通过测量液态涂料喷雾中的液滴粒径和速度分布，考察了气动涂料雾化器的雾化过程。测量在不同轴向位置进行，从而能够详细分析液滴粒径、速度、数密度和局部质量通量在整个喷雾中的变化。基于这些测量结果，研究提出了对喷雾结构的数学描述。

喷雾表征是许多工业应用中的关键环节，包括汽车涂装、喷雾干燥和制药包衣。在本实验中，喷雾由配备气动雾化器的GunPainter系统（LacTec GmbH，德国）产生。该系统可精确控制雾化空气、成形空气和液体流量，同时借助移动机构实现喷雾的空间分辨测量。