摘要：探究静电雾化海水淡化装置中电极结构对液滴雾化效率的关键影响。为此，设计了3种特定参数的电极结构，并运用AN⁃SYS Maxwell软件深入分析了这些结构在多喷针配置下对静电场的影响。通过生成的三维电场强度云图及关键点位电场强度数据，清晰地揭示了不同电极结构对电场分布的独特作用。进一步地，为了优化电场分布，针对喷针间距进行了电场强度仿真，并利用高速摄像机直观捕捉了不同电极结构下的液滴雾化实况。研究结果显示，圆形电极结构显著提升了喷针中心区域的电场强度至3.5×106 V/m，确保了喷针附近电场强度的最大化。尤为重要的是，在喷针电极间距设定为30 mm时，喷针底部中心区域形成了均匀且高强度的电场分布，这对于提升雾化性能至关重要。实验验证与仿真结果的高度一致性，不仅证实了理论分析的准确性，也突显了改进后电极结构在提升液滴雾化性能方面的成效。研究成果为静电雾化海水淡化装置的设计优化提供了一定的参考与指导。

　　关键词：海水淡化；静电雾化；多喷针；电极结构；静电场

　　0引言

　　随着全球水资源短缺问题的日益严峻，寻找可持续、高效的水资源利用方式成为全球关注的焦点[1-2]。海水淡化技术作为解决水资源短缺的重要途径之一[3-4]，近年来得到了广泛的研究和应用。其中，静电喷雾是近年来发展起来的一项新技术．在表面涂层[5]、乳液或超微细气雾剂生产、燃料喷雾[6]、微封装、喷墨打印机和胶体微推进器等领域都有着广泛的应用[7]，近些年更有学者将静电雾化技术应用于海水淡化中，静电雾化技术作为一种新兴的海水淡化方法[8]，以其独特的优势逐渐受到人们的重视。静电雾化技术能够产生微小的单分散液滴[9]，这些微小的液滴在蒸发室中能够更充分地与高温热空气接触，从而显著提高蒸发效率。由于液滴的微小尺寸，其总体接触面积显著增加，有利于热量的快速传递和质量的交换，进一步增强了蒸发效果。

　　在静电雾化海水淡化装置上，由于单个喷针的流量过少，研究人员近年来进行了多喷针静电雾化系统研究，马旭等[10]提出一种静电喷雾与喷杆喷雾结合的施药技术，试验表明，静电喷雾能增加雾滴在植株下层和叶片背面的沉积量，有效减少田间作业的需水量，刘建河等[11-12]建立多针喷嘴为平板电极电场求解模型，以Ansoft Max⁃well电磁场软件分析了多喷针平面的电压及电场强度，并探究了3种不同喷针布局方式对静电场的影响，以上都为多喷针电极结构的设计提供了指引。

　　在此基础上，本文建立多喷针电极静电场求解模型。通过ANSYS Maxwell分析软件对不同几何形状电极以及不同间距喷针进行电场强度仿真，获得各种电极结构的三维电场强度云图及特殊点电场强度，并使用高速摄像机进行实验论证。从而确定电极最佳几何形状及喷针最佳间距。

　　1原理与仿真

　　1.1静电雾化原理

　　静电雾化的荷电方式主要有3种：电晕荷电、感应荷电、接触荷电3种[13]。接触荷电和电晕电荷需要很高电压才可雾化，危险系数较高。且接触电荷绝缘较为困难，相对这两种方式，感应电荷绝缘比较简单，需要电压较小且更为安全[14]。所以在静电雾化海水淡化中采用感应电荷。即在环形电极铜板上施加高压且喷针接地，通过感应电荷使其带电[15]。静电雾化装置示意图如图1所示。

　　在通常情况下，液滴内都会含有一定量的正、负离子，当电极被施加高压电势时，喷嘴在感应电场的作用下，喷嘴中的自由电子会重新分布，形成负电层或正电层，同时、如果液体中含有可电离的离子，这些离子在电极的电场作用下会向电极表面移动，形成与电极电荷相反的电荷层[16]。电极表面的电荷层与液体中的反离子层紧密排列在界面两侧，形成了所谓的“双电层”。这与一个平板电容相似，但具有更复杂的电荷分布和动态特性。双电层中的电荷分布受到多种因素的影响，包括电极电势、液体中的离子浓度、离子种类和温度等。图2所示为双电层的结构。

　　在静电喷雾喷嘴和接地电极之间加上一定电压时，喷口流出的液体由于静电力、表面张力和重力的共同作用，其表面开始变得不稳定，并最终分裂为小雾滴[17]。这一过程中，静电场对液体表面的电荷分布产生影响，使得液体表面张力发生变化，进而促使液体分裂成微小的雾滴[18]。Rayleigh指出，这是因为喷针底端液体自身

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