一种表面电荷图形调控凝结液滴行为运动的装置

技术领域

本发明属于液体微流控制领域，涉及热能工程的强化凝结换热技术领域，具体涉及一种表面电荷图形调控凝结液滴行为运动的装置。

背景技术

凝结现象在自然界和工业当中普遍存在。强化凝结在水收集、海水淡化、核工业等工业生产之中都有着广泛的应用。许多现代技术需要控制液滴的迁移，如冷凝传热、数字微流体、油水分离和集雾等。近年来，通过控制凝结液滴的行为来实现强化凝结越来越受到关注。在液滴微流控领域如何克服微流体自身所带的阻力去完成其他各种复杂的运动以及研究液滴与接触表面接触角之间的关系已经成了科学家研究的主要内容。

在液体控制微流控纳米尺度领域，一般是从两个方式着手控制这种行为：第一种方式是改善液滴承载表面的材质或微观结构，通过液滴在承载表面上的润湿性变化来实现液滴控制；另一种方式是在润湿性合适的承载表面上，通过施加外力的手段让液滴克服阻力从而控制液滴行为。本篇发明主要是借助中外学者的研究思路，通过借助表面电荷图形所产生的静电力调控液滴的行为运动，以强化凝结换热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供计一种利用静电力使(PET)蓝膜表面产生电荷沉积效应，通过设计特定绝缘膜表面的形状调控凝结液滴的运动，加强对表面水雾的汇聚与收集，通过强化凝结使液滴达到脱落的临界值，从而更好实现水雾凝结、脱落与收集等操作。

本发明采用的技术方案如下：

一种表面电荷图形调控凝结液滴行为运动的装置，包括产生离子风的装置、ITO玻璃和绝缘膜，所述绝缘膜贴在所述ITO玻璃导电的一侧，所述产生离子风的装置垂直放置在所述ITO玻璃的正前方，所述绝缘膜上设有阵列交叉排布的小孔。

进一步地，所述ITO玻璃一面导电，一面绝缘。

进一步地，所述产生离子风的装置包括高压电源和针尖电极，其中高压电源正极连接所述针尖，所述高压电源地线连接所述ITO玻璃导电的一面。

进一步地，所述ITO玻璃背面设有热电制冷片。

进一步地，所述绝缘膜接触角为90-100°。

进一步地，所述小孔外形尺寸大于凝结于所述绝缘膜上液滴的外形尺寸。

进一步地，所述针尖距离所述ITO玻璃距离20mm到40mm。

进一步地，所述高压电源电压调节范围为0-20KV。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提出离子风空气放电，在电场的驱动下，使得带电粒子与不带电粒子发生碰撞，由于能量守恒和电荷守恒，被碰撞后的中性分子具有了初始的动能和电荷量，也开始受到电场力的驱动定向运动。离子风具有气流覆盖面积大、风力调节范围广等优点，可以应用于微电子元件的散热和微机械、微流体的控制等方面。

通过离子风技术在接地极板的绝缘表面上产生电荷沉积效应，之后，借助液滴和绝缘表面的沉积电荷对液滴施加静电力。液滴受到静电力的驱动打破原有的平衡克服阻力实现滑移。多次实验证明，通过施加静电力的方式可以实现凝结的强化，很大程度的促进水收集的速度和效率。

附图说明

图1是本发明提供的装置简图；

图2是本发明实施例1和实施例2不同小孔的示意图；

图3是本发明原理示意图；

图中，1-热电制冷片，2-ITO玻璃，3-绝缘膜，4-针尖电极，5-高压电源。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图2所示，一种表面电荷图形调控凝结液滴行为运动的装置，主要结构包括、热电制冷片1、ITO玻璃2、绝缘膜3、针尖电极4和高压电源5等。其中，本实施例中绝缘膜采用光滑PET膜(蓝膜)，液滴表面接触角为100°易于滑落。将裁剪好的 PET膜居中ITO玻璃上；针尖电极连接高压电源的正极，ITO玻璃导电一侧引出导线接高压电源的地线；所述的针尖电极垂直指向贴附PET膜的ITO玻璃。

工作过程如下：

准备实验所需要的PET(蓝膜)。裁剪PET膜边长为40*40mm的矩形，确保裁剪过程中边缘出现翘起等问题，防止影响后续实验中的液滴的滑落。

将裁剪好的PET膜居中贴在50×50mm的ITO玻璃上，通过激光雕刻机在膜表面阵列交叉打出小孔，其中，小孔为半径为2mm的圆孔，调整实验平台并竖直固定在热电制冷片上(注意控制电流大小以及散热情况)。

连接实验电路。将接好高压电源正极的针尖固定在能够距ITO玻璃25mm处，保证其能够在平台倾斜过程中时刻与ITO玻璃保持垂直，之后用双导电铜箔胶带将ITO玻璃导电一面和高压电源地线相连。启动高压直流电源5，电压调至11KV。

打开热电制冷片开始制冷，可以很快的看到蓝膜表面开始出现小水雾，当水雾铺满整个蓝膜表面，随即打开高压电源。

在上述实施例中，针尖电晕放电产生大量正离子，在离子风的作用下，正离子会沉积到蓝膜(PET)表面，裁剪孔后的位置裸露出接地的ITO玻璃，小孔附近的液滴电性变化从而发生震荡，通过尖端放电，离子风会将空气中的水蒸气吹到凝结表面，绝缘膜表面产生电荷沉积效应，表面逐渐形成小水珠，由于小水珠在孔周围受静电力的作用，小水珠所带电荷的电性会发生改变，通过强化凝结使液滴达到脱落的临界值。与不加针尖放电直接完整PET膜实验数据对比，凝结效率强化2.5倍左右，从而更好实现水雾凝结、脱落与收集等操作。

实施例2

与实施例1不同的是，实施例2中的小孔为半径为2mm的圆和长轴短轴二倍关系的椭圆组合形成的孔。随着增大正压，会发现水雾迅速凝结，小孔周围都会出现液滴震荡或弹跳现象，随着震荡程度的增加，小水珠汇聚成大液滴，当液滴达到脱离表面的尺寸时，液滴便会克服摩擦力与静电力的作用向下滑落。从提升凝结换热效率方面分析，实施例2雾气处理效果更好,较实施例1提升16％左右，椭圆圆弧结构使得液滴更容易脱落。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。