微粒包覆可在不破坏型芯微粒本身特性的基础上在其表面包覆上一层功能性材料,从而达到表面改性的目的,实现缓释、耐候以及单颗粒分散性等功效,对于医药以及工程材料等特殊领域具有重要的应用价值。传统的包覆过程存在型芯微粒易发生团聚,包覆过程中的杂质液体难以去除等缺陷,对微粒的包覆效果与产品质量产生较大的影响。采用超临界溶液快速膨胀法结合撞击流技术进行微粒包覆,可避免微粒团聚现象的发生,且可获得纯度较高的产品,本文针对超临界撞击流微粒包覆过程中的流体流动特性及对包覆效果的影响进行研究,具体内容如下：(1)应用CFD软件对多相撞击流流场进行了数值模拟,得出了流场中的速度以及湍流动能的分布特征,定量地分析了轴向速度与湍流动能随膨胀前压力,膨胀前温度以及喷嘴出口间距的变化规律。结果表明,流场中的轴向速度和湍流动能随膨胀前压力的增大而增大,随喷嘴出口间距的增大而减小,几乎不随温度的变化而变化。应用粒子图像测试技术(Particle Image Velocimetry, PIV)对多相撞击流流场进行了测试,考察了撞击流流场的影响因素,测得了流场中的轴向速度与湍流动能的变化规律,所得结果与模拟结果吻合较好。(2)运用COMSOL软件对包覆剂液滴在型芯微粒表面的扩散和凝固过程进行了数值模拟,自行编制了FEM链接程序,计算得出不同条件下的包覆层厚度以及过程中包覆剂曲率和固相百分比的变化规律。研究结果表明,当包覆剂液滴与型芯微粒间的碰撞速度与偏心程度不同时,会对包覆层形成过程以及最终的包覆效果造成影响。(3)建立了多相撞击流中型芯微粒在流场中的运动模型,对型芯微粒在流场中的停留时间、渗入距离等参数进行了模拟计算。选取单喷嘴喷射单股颗粒、单喷嘴喷射颗粒群以及双喷嘴喷射颗粒群三种流动情况,在不同的膨胀前压力、膨胀前温度和喷嘴出口间距等操作工艺参数条件下,得出了型芯微粒在多相撞击流中的停留时间与渗入距离的变化规律,深入地研究了超临界撞击流微粒包覆工艺的过程强化机理。(4)建立了一套超临界撞击流微粒包覆实验装置,选取不同的实验操作条件,以玻璃珠为型芯材料,用石蜡作为壁材,在超临界撞击流场中实现了对玻璃珠的有效包覆。用扫描电子显微镜表征了微粒包覆层的具体形态,分析估算了所得包覆层的厚度,得出了包覆层厚度随不同操作参数的变化规律。
