二元体系雾化剂在多孔介质雾化器中的“非选择性蒸发”机理及实验验证

作者：谢国勇; 杜文^*; 王志国; 陈竞博; 孙志伟; 刘丽艳; 李兵兵

来源：烟草科技, 2023, 56(09): 58-69.

DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2023.0095

• 二元体系雾化剂
• 非选择性蒸发
• 雾化机理
• 表面加热
• 传质控制
• 毛细管蒸发

为解释电子烟气溶胶中不同成分的比例与电子烟液中基本一致而与成分的沸点相对无关的特殊雾化现象，应用相图和毛细管蒸发理论，研究推导出二元体系雾化剂的“非选择性蒸发”机理，并通过检测蒸发温度、设计气流加热蒸发实验和毛细管“非选择性蒸发”实验观测平台验证了非选择性雾化的形成条件和形成过程。结果表明：(1)由于表面加热和传质受阻，在毛细管蒸发过程中形成了与液相主体组分比例不一致的蒸发层，使从蒸发层蒸发的气相组分的比例与传输进蒸发层的液相组分的比例一致，达成蒸发-传输平衡，从而形成持续的“非选择性蒸发”。(2)丙三醇-丙二醇蒸发温度(T)与二元体系液相主体组成下的泡点温度(Tb)相差30～49 K；而与同样组成比例的气相的露点温度(Tc)很接近，仅相差4～10 K，说明表面蒸发层液相组分构成与液相主体组分构成显著不同。(3)在气流表面加热条件下，水-甲醇、水-丙二醇和丙二醇-丙三醇3种二元体系的蒸发均显著偏离了理想选择性蒸发，表现出明显的“非选择性蒸发”特征，在液面覆盖多孔介质后，蒸发进一步偏离了选择性蒸发，该现象表明“表面加热”和“传质阻力”是形成“非选择性蒸发”的关键条件。(4)双段式单毛细管蒸发实验平台观察结果显示，水-甲醇二元体系蒸发速率具有由快到慢的明显拐点，说明蒸发层组成发生了从起始阶段与液相主体一致到稳定“非选择性蒸发”阶段与液相主体不一致的变化。(5)在颗粒示踪实验中观测到毛细管内的整体液流为单向，不存在大范围的对流传质，弯月面附近存在微区域对流，进一步验证了“蒸发层”的存在。实验验证结果多方面支持了所提出的“非选择性蒸发”机理。

• 单位
  湖南中烟工业有限责任公司; 天津大学仁爱学院; 天津大学