氣溶膠發生器中液體霧化與顆粒形成的物理化學原理

閱讀：192發布時間：2025-10-14

　　氣溶膠發生器能夠將液體轉化為微米級的懸浮顆粒，其核心過程——霧化與顆粒形成——是流體力學與表面物理化學共同作用的精密結果。理解其背后的原理，對于控制氣溶膠的粒徑分布和穩定性至關重要。

　　一、液體霧化的流體力學機制

　　霧化的本質是克服液體自身內聚力（主要是表面張力），并將其破碎成微小液滴的過程。發生器主要通過以下幾種方式實現：

　　壓力霧化（射流破碎）：液體在高壓下通過微小噴嘴，形成高速射流。射流的不穩定性（如瑞利不穩定性）會使其發生波動、扭曲，最終在空氣阻力和表面張力的競爭下斷裂成液滴。粒徑與噴嘴直徑、壓力和液體粘度正相關。

　　氣動霧化（兩流霧化）：利用高速氣流（通常是壓縮空氣）在噴嘴處與低速液流相互作用。強大的氣動剪切力將液膜或液絲撕碎，形成更細的液滴。這種方法能產生比壓力霧化更小的粒徑。

　　超聲波霧化：通過壓電換能器產生高頻機械振動（通常>1MHz），振動傳遞至液面形成毛細波。當波的振幅足夠大時，波峰處會飛濺出微米級的液滴。此方法能量集中，產生的液滴單分散性通常更好。

　　二、顆粒形成的物理化學過程

　　霧化產生的初始液滴并非最終的氣溶膠顆粒，它們會經歷一個動態的演化過程：

　　溶劑蒸發與粒徑固化：液滴進入氣相環境后，其揮發性溶劑（通常是水或有機溶劑）開始迅速蒸發。蒸發速率受環境溫度、濕度和液滴表面積的共同影響。隨著溶劑蒸發，液滴粒徑縮小，溶解在其中的非揮發性溶質（如鹽類、高分子聚合物）濃度不斷升高。

　　過飽和與成核結晶：當溶質濃度超過其飽和溶解度時，液滴進入過飽和狀態。分子或離子開始自發聚集，形成晶核并最終生長為固態顆粒。對于高分子或混合物，則可能形成無定形顆粒。

　　表面吸附與最終形態：在顆粒表面，表面能會驅動其吸附環境中的氣體分子或其他物質。最終顆粒的形態（球形、結晶或無定形）由溶質的物理化學性質、蒸發速率和內部馬蘭戈尼對流等因素共同決定?？焖僬舭l往往利于形成中空的球殼結構。

　　總結：氣溶膠的發生是“力”與“相變”的共舞。流體力學提供了破碎液體的初始能量，而表面張力和蒸發動力學則主導了液滴向穩定顆粒的最終轉變。精確控制這些物理化學參數，是獲得理想單分散氣溶膠的關鍵。

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