電流體動力學（Electrohydro Dynamics，簡稱EHD），它是流體力學和電動力學之間的邊緣學科，研究單極性荷電流體或極化流體同電場的相互作用。靜電霧化室電流體力學的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，以較低能耗可獲得大量精細小、單分散性好、可控性強、沉積率高的荷電微液滴，在微/納電子器件制造，微型燃燒、空氣凈化、空間微動力推進及生物工程等領(lǐng)域潛能巨大。

靜電霧化及其應(yīng)用過程匯總產(chǎn)生的復(fù)雜荷電多相流動，廣泛存在著荷電液滴的變形，破碎、融合及分離等重要現(xiàn)象，其耦合場下的電流體動力學特性極為復(fù)雜，特別是射流模式的穩(wěn)定性問題、荷電液滴相間的動力學行為研究具有極大應(yīng)用潛力和價值。目前，帶電液滴不融合的研究和應(yīng)用是電流體動力學的熱門話題，在該研究領(lǐng)域存在的突出難題是，無法在秒級尺度觀察帶電液滴不融合的現(xiàn)象，制約該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。

需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種帶電液滴不融合的調(diào)控系統(tǒng)，旨在破解無法在秒級尺度觀察帶電液滴不融合的難題，為帶電液滴不融合的潛在應(yīng)用提供了新視角和新的應(yīng)用場景。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種基于開放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)。

一種基于開放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)，包括直流高電壓源，注射泵，毛細管探針，介電子性質(zhì)納米超微電極；

所述直流高電壓源用于產(chǎn)生高電壓，對含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體產(chǎn)生電場力，當電場力與流體鞘應(yīng)力達到平衡態(tài)時，使其在毛細管探針尖端形成泰勒錐；

所述注射泵用于將含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體，按一定的流速泵入毛細管探針中；

所述毛細管探針尖端設(shè)置有微米級的孔結(jié)構(gòu)，使流體層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎?

所述介電子性質(zhì)納米超微電極用于在特定距離間、不同極性作用下的泰勒錐形成半月板橋；

所述直流高電壓源分為直流高電壓源一和直流高電壓源二、所述毛細管探針分為毛細管探針一和毛細管探針二，所述直流高電壓源一施加電壓于所述毛細管探針一，所述直流高電壓源二施加電壓于毛細管探針二，所述毛細管探針一和毛細管探針二的尖端之間留有縫隙。

進一步的，所述毛細管探針為兩個，兩個毛細管探針毛細管探針尖端距離為15-70μm，毛細管探針間夾角為70-180°。

進一步的，所述毛細管探針內(nèi)徑尺寸為100-350μm。

本發(fā)明還提供一種基于開放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

S1，將水和介電子性質(zhì)納米超微電極混合，得到含有介電子性質(zhì)納米超微電極的水溶液；

S2，將S1中的水溶液通過輸送泵輸入毛細管探針，并在毛細管探針尖端施加直流高電壓源；

S3，調(diào)節(jié)直流高電壓源極性和電壓值，設(shè)置輸送泵流速，調(diào)節(jié)探針尖端距離及尖端夾角；

S4，使含有介電子性質(zhì)納米超微電極的水溶液在毛細管探針尖端形成泰勒錐，兩個泰勒堆之間形成半月板橋，使半月板橋持續(xù)數(shù)秒至數(shù)分鐘時間。

進一步的，S3中直流高電壓源的電壓為0.5-10 kV。

進一步的，S3中毛細管探針內(nèi)徑尺寸為100-350μm，毛細管探針尖端距離為15-70μm，毛細管探針間夾角為70-180°。

進一步的，S3中含有介電子納米超微電極溶液流速10-200μL/min；介電子性質(zhì)納米超微電極的材料顆粒尺寸20-80 nm，顆粒數(shù)平均分布為50-1000之間。

進一步的，S3中兩支毛細管探針分別施加不同極性的直流高電壓，借助電流體動力學原理，形成帶電液滴。

進一步的，兩支毛細管探針施加的不同極性直流高電壓的差值為0.5-3.0kV，半月板橋的形成介于穩(wěn)定泰勒錐與電噴霧形成帶電微液滴的臨界狀態(tài)，正負極性條件下的泰勒錐在特定控制距離下，形成吸引力以形成穩(wěn)態(tài)泰勒錐；相互吸引的不同極性泰勒錐在尖端會形成融合的半月板橋。

進一步的，所述半月板橋中溶液中的介電子性質(zhì)納米超微電極在電勢差的作用下形成電泳現(xiàn)象，定向排列，聯(lián)通半月板橋。

本發(fā)明的原理是：利用帶有不同極性的高電壓，結(jié)合在電流體動力學調(diào)控的基礎(chǔ)上，形成開放環(huán)境下不同極性帶電流體的不融合系統(tǒng)和控制方法，所述高電壓用于借助流體動力學性質(zhì)，在探針尖端對液體當電場力與流體鞘應(yīng)力達到平衡態(tài)時，形成泰勒錐。

含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體，通過調(diào)控一定的流速泵入毛細管探針中，并在特定流速驅(qū)動下，對液體進行傳輸并在液體層流區(qū)賦予電場的特性。

借助探針尖端微米級的孔結(jié)構(gòu)，在流體層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟^程中形成具有渦流擾動效應(yīng)的鞘應(yīng)力對抗電場應(yīng)力的特殊的流體傳輸模式。

介電子性質(zhì)納米超微電極用于在特定距離間、不同極性作用下的泰勒錐形成半月板橋。

支持半月板橋液體具有特殊的導(dǎo)電性，所述液體中含有有介電子性質(zhì)超微納米材料，該超微納米材料作為微電極具有高效的電子傳輸能力。

半月板橋的形成介于穩(wěn)定泰勒錐與電噴霧形成帶電微液滴的臨界狀態(tài)，所述正負極性條件下的泰勒錐在特定控制距離下，形成吸引力以形成穩(wěn)態(tài)泰勒錐；相互吸引的不同極性泰勒錐在尖端會形成融合的半月板橋。

溶液中的介電子性質(zhì)納米超微電極材料在電勢差的作用下形成電泳現(xiàn)象，形成聯(lián)通半月板橋的微電極。

聯(lián)通的半月板橋同時具有能量場效應(yīng)和物質(zhì)變化效應(yīng)，其中能量場效應(yīng)來源于直流高電壓的聯(lián)通效應(yīng)，物質(zhì)變化效應(yīng)來源于在電勢場作用下物質(zhì)的定向遷移。

能量場效應(yīng)和物質(zhì)變化效應(yīng)并非主要受控于液體重力場的影響，決定因素取決于液體的介電性能，探針尖端距離，以及直流高電壓變化的周期率。

半月板橋的持續(xù)時間是能量轉(zhuǎn)移和物質(zhì)快速遷移的本質(zhì)先決條件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在開放環(huán)境下而非密閉兩相液體環(huán)境中，不僅實現(xiàn)了不同極性帶電液滴秒級不融合，而且通過介電子納米超微電極的引入，推動了荷電的有效傳輸以及物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)運，從而進一步拓展了帶電液滴不融合的進一步應(yīng)用潛力。具體如下：

本發(fā)明通過在開放環(huán)境下水平設(shè)置具有噴霧功能的毛細管探針，可有效排除重力因素介導(dǎo)的帶電液滴不融合現(xiàn)象，在不融合因素分析中僅關(guān)注電場力以及液體渦流引起的鞘應(yīng)力，簡化了理論建構(gòu)分析因素。

本發(fā)明首次通過高速相機在秒到分鐘時間尺度記錄了帶電液滴不融合的發(fā)展及發(fā)生過程。

本發(fā)明通過溶液中加入具有介電子納米超微電極的荷電轉(zhuǎn)移特性，在能量傳遞和物質(zhì)傳送方面具有潛在應(yīng)用。

本發(fā)明可通過調(diào)控不同的空間距離、電壓值和極性，實現(xiàn)泰勒錐-半月板橋-精細靜電霧化快速切換。