微型指數(shù)振子低頻超聲霧化噴頭的研制及噴霧試驗(yàn).pdf

1、超聲霧化具有霧滴細(xì)小、大小分布均勻、高度圓整性、霧化量相對(duì)較大和液體輸送壓力低等優(yōu)點(diǎn)，因此，超聲霧化被廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)加濕、藥劑霧化治療、半導(dǎo)體刻蝕、電子產(chǎn)品鹽霧試驗(yàn)以及光譜分析等方面。超聲霧化噴頭的工作頻率主要分為高頻（工作頻率大于1 MHz）和低頻（工作頻率20～100 kHz）。高頻超聲霧化器存在可靠性低、連續(xù)工作時(shí)間短、對(duì)水質(zhì)要求高、不能霧化高黏度液體和霧化量小且不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因而其應(yīng)用前景受到了極大的限制。低頻超聲霧化器具有霧

2、化量大且穩(wěn)定、可靠性高、對(duì)水質(zhì)沒(méi)有要求以及可以霧化高黏度液體等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)噴霧領(lǐng)域（如霧化栽培、葉面施肥以及植保噴霧）具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前低頻超聲霧化噴頭存在驅(qū)動(dòng)電壓高、工作效率低、電路和噴頭發(fā)熱嚴(yán)重、體積較大以及霧滴分布不均勻等缺點(diǎn)，為了解決上述低頻超聲霧化噴頭存在的問(wèn)題，本文基于超聲霧化噴頭波動(dòng)方程和ANSYS有限元仿真相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)1種驅(qū)動(dòng)電壓低、工作效率高、體積小以及霧滴分布較均勻的超聲霧化噴頭。該超聲霧化噴頭的工

3、作頻率為60kHz，其主要由壓電換能器和超聲霧化噴頭聚能器兩部分組成。前者用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換，后者的主要作用是增大超聲霧化噴嘴霧化面的振幅值，提高超聲霧化噴嘴的前后振速比，產(chǎn)生更強(qiáng)的超聲和振動(dòng)。因此，超聲霧化噴頭聚能器的選擇和設(shè)計(jì)是本文的一個(gè)重點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了2種超聲霧化噴頭聚能器，分別是傅里葉型超聲霧化噴頭聚能器和帶有指數(shù)形過(guò)渡段的階梯型超聲霧化噴頭聚能器，并對(duì)2種超聲霧化噴頭聚能器的諧振頻率、振幅比大小和最大應(yīng)力做了分析，

4、最后選擇帶有指數(shù)形過(guò)渡段的階梯型超聲霧化噴頭聚能器。
　　根據(jù)頻率方程確定了微型指數(shù)振子低頻超聲霧化噴頭的基本尺寸，建立了噴頭的有限單元模型，根據(jù)該模型進(jìn)行了噴頭的模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，該噴頭的諧振頻率計(jì)算值為61550Hz，驅(qū)動(dòng)電壓為36V時(shí)霧化面振幅計(jì)算值為8μm;應(yīng)用阻抗分析儀Pvc70A和激光微位移傳感器CD5-L25對(duì)該噴頭樣機(jī)的諧振頻率和霧化面的振幅進(jìn)行了測(cè)試，噴頭諧振頻率的測(cè)試值為59699Hz，與設(shè)計(jì)頻率的相差0.

5、5％，與有限元模態(tài)計(jì)算的頻率相差3.0％，驅(qū)動(dòng)電壓為36V時(shí)振幅的測(cè)試值為8.63μm，與有限元諧響應(yīng)分析結(jié)果相差7.8％;應(yīng)用Winner318B工業(yè)噴霧激光粒度分析儀對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓分別為36和30V噴頭所產(chǎn)生的霧滴尺寸進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明，電壓對(duì)霧滴粒徑分布沒(méi)有顯著影響，但是對(duì)最大霧化量影響較大;與28kHz的超聲霧化噴頭相比，噴頭的最大霧化量基本一致，體積和質(zhì)量分別僅為28kHz超聲霧化錐狀噴頭的5.54％和9.81％，并且其產(chǎn)生