[发明专利]用于雾化的表面处理和涂布

说明书

技术领域

[0001]本公开涉及具有设计成促进表面被液体选择性润湿的表 面的制品。更特别地，本发明涉及通过提高预成膜区域表面的润湿性 并在雾化器的选择性区域中引发流体力学不稳定来增强雾化。

背景技术

[0002]雾化大致涉及通常通过使液体经过喷嘴，将本体液体 (bulk liquid)转化成喷雾或薄雾(即液滴的集合)。雾化器是用于 实现雾化的装置。雾化系统的常见实例可以包括：燃气轮机、汽化器 (carburetor)、喷枪(airbrush)、弥雾机(misters)、喷壶和类似物。在例如 内燃机中，细粒燃料雾化可能有助于有效燃烧。

[0003]现今的喷气雾化器从喷嘴口将液体在一个和多个预成膜 区域上铺展成薄膜。雾化器可以利用压力、空气流、静电、超声和其 它类似方法在本体液体薄膜(bulk liquid film)中制造不稳定以形成微 滴。使预成膜区域中的本体液体薄膜暴露在从喷嘴口两侧上进入该区 域的高速空气中。空气流可以在液体薄膜中制造流体力学不稳定并使 其解体成微滴。雾化器产生的平均液滴尺寸明显受到液体薄膜在其预 成膜区域中的均匀性和厚度的影响。在一些情况下，平均液滴尺寸可 以随薄膜厚度的平方根而变。因此，薄膜越薄，雾化(即液滴尺寸) 越细。现今的雾化器无法确保液体在预成膜区域中铺展成必要的薄 膜。这会在预成膜区域的表面上产生干斑，这造成不均匀的液体薄膜， 并因此造成更大更粗的微滴尺寸。

[0004]因此，需要改进本体液体薄膜的均匀性并引发进一步的流 体力学不稳定以增强雾化。

发明内容

[0005]本文公开了具有构造成促进液体雾化的表面的雾化器。在 一个实施方案中，该雾化器包括包含构造成降低雾化液体的平均液滴 尺寸的表面的预成膜区域，其中该表面具有小于大约30度的与雾化 液体的有效接触角。

[0006]在另一实施方案中，雾化器包括预成膜区域；和位于预成 膜区域末端并构造成在液体薄膜中制造流体力学不稳定的唇部，其中 该唇部包含润湿和非润湿表面的交替图案，其中非润湿表面包含大于 90度的与液体的接触角，且润湿表面包含小于90度的与液体的接触 角。

[0007]在再一实施方案中，将雾化器构造成将液体薄膜转化成喷 雾，并包括用于将液体喷入加压流道(flow path)的喷嘴；在喷嘴下游 的包含构造成降低液体平均液滴尺寸的表面的预成膜区域，其中该表 面具有小于大约30度的与液体的有效接触角；和位于预成膜区域下 游并构造成在液体薄膜中制造流体力学不稳定的唇部，其中该唇部包 含润湿和非润湿表面的交替图案，其中非润湿表面包含大于90度的 与液体的接触角，且润湿表面包含小于90度的与液体的接触角。

[0008]通过下列附图和详述例证上述和其它特征。

附图说明

[0009]现在参照附图，其中类似元件的标号类似。

[0010]图1是燃烧器系统中使用的现今预成膜雾化器的截面示意 图；

[0011]图2是标示出涂层的制品表面的示例性实施方案的截面示 意图；

[0012]图3是标示出结构(texture)的制品表面的示例性实施方 案的截面示意图；

[0013]图4是显示Wenzel液滴状态与Cassie液滴状态之间的区 别的截面示意图；

[0014]图5是对于各种高宽比(aspect ratio)，作为相对间距的函 数的有效接触角的曲线图，其中特征(features)是突起；

[0015]图6是图1的雾化器，突出标示了用于设置混杂结构区域 (hybrid texture region)的合适区域；

[0016]图7显示不同的混杂区块(hybrid patch)构造的示例性实 施方案；

[0017]图8是作为b/a比率的函数的有效接触角的曲线图；

[0018]图9显示了亲水Wenzel态表面特征的示例性实施方案；

[0019]图10显示了在具有不同b/a比率的硅柱表面特征上的油滴 照片以测量滚落性(roll off)和测定接触角；且

[0020]图11是对于亲水/超亲水表面，作为相对间距(b/a比率) 的函数的有效接触角的曲线图。

附图标记说明

10    燃气轮机燃料喷射器