高密度散热复合压电超声换能器
发布时间：2021-04-22 22:06
针对当前超声污水降解及超声特种加工等节能、高效、环保领域大功率超声换能器发热严重的问题开展研究。主要因为高温会导致换能器的压电陶瓷快速老化,寿命缩短,甚至去极化等;进一步导致共振频率漂移,振幅衰减,加工精度降低,振动加工系统失稳等诸多不利影响。目前大功率压电超声换能器降温的主要方式有水冷、风冷散热方式,然而此类传统方法只能降低系统外表温度,但换能器内部温度仍然较高。为了进一步解决大功率超声换能器的发热问题,本文以应用最为广泛的夹心式压电超声换能器为原型结合高密度散热的热超导管,设计了一种新型的耦合热超导管的高密度散热型压电复合夹心超声换能器,可在换能器的金属前盖板、后盖板或厚电极位置径向穿孔,用于连接具有强散热能力的热超导管散热装置,以从换能器内部传递热量。利用拥有高密度相变换热特性的热超导管对大功率超声换能器进行散热降温,以期解决因高温导致换能器压电陶瓷急剧老化、寿命短,甚至退极化等行业技术难题,从而确保其稳定的工作性能及强超声辐射效率,并改善超声振动加工质量和提高超声液体处理效率。通过建立机电等效电路,采用有限元方法和数值计算方法,对热超导管换能器的热管耦合深度、管径、管数及热管位...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.2 换能器散热的研究现状
1.2.1 气介、液介制冷
1.2.2 半导体制冷
1.2.3 热管制冷
1.3 主要研究内容
1.3.1 换能器温度场分布
1.3.2 研究目标及内容
2 径向穿孔压电换能器的纵振特性分析
2.1 径向穿孔变幅杆的等效电路
2.1.1 径向穿孔薄圆盘的厚度振动等效电路
2.1.2 任意变截面径向穿孔变幅杆的纵振等效电路
2.1.3 常用截面的径向穿孔变幅杆纵振等效电路
2.2 节面径向穿孔换能器的纵振特性
2.2.1 节面位置穿孔任意变截面换能器的等效电路
2.2.2 节面位置穿孔任意变截面换能器的共振及反共振频率方程
2.2.3 节面位置穿孔任意变截面换能器的纵振特性
2.3 电极径向穿孔复合换能器的纵振特性
2.3.1 电极位置穿孔等截面复合换能器的等效电路及共振频率方程
2.3.2 电极位置穿孔等截面复合换能器的纵振特性
2.4 本章小结
3 径向穿孔压电换能器的纵振特性有限元分析
3.1 有限元分析方法
3.1.1 几何建模
3.1.2 材料定义及求解域设定
3.1.3 边界条件设定
3.1.4 网格剖分
3.1.5 求解及后处理
3.2 径向穿孔变幅杆有限元仿真分析
3.2.1 穿孔几何尺寸对变幅杆共振频率的影响
3.2.2 穿孔对变幅杆位移振幅和振速的影响
3.3 径向穿孔换能器有限元仿真分析
3.3.1 薄电极换能器
3.3.2 厚电极复合换能器
3.4 本章小结
4 高密度散热型复合压电换能器的振动特性分析
4.1 径向耦合热超导管的金属薄圆盘弯曲振动
4.2 径向耦合热超导管的高密度散热复合换能器纵向振动
4.2.1 前盖板位置耦合热超导管的换能器纵向振动特性
4.2.2 电极位置耦合热超导管的复合换能器纵向振动特性
4.3 本章小结
5 样品试验与测试
5.1 样品换能器频率测试
5.1.1 穿孔换能器样品频率测试
5.1.2 高密度散热换能器样品频率测试
5.2 样品换能器换热性能测试
5.2.1 高密度散热压电超声换能器散热性能测试
5.2.2 高密度散热压电超声换能器振动特性测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
参考文献
附录 A 穿孔复合换能器系统实验图
附录 B 热管换能器温度场数据
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]前端开孔的大振幅柱型超声变幅杆[J]. 张然,崔晓娟,贺西平,王照伟. 云南大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]比较甲状腺手术中超声刀与传统电刀对喉返神经的保护作用[J]. 程蕴. 中国医疗器械信息. 2019(24)
[3]超声刀行小切口甲状腺手术中暴露喉返神经的临床疗效分析[J]. 方桂明,魏浩波,刘东升. 中国实用医药. 2019(35)
[4]超声加工技术的研究进展[J]. 张德远,刘逸航,耿大喜,姜兴刚. 电加工与模具. 2019(05)
[5]原油超声降黏机制[J]. 寇杰,王冰冰,张益华. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]超声波焊接在木塑复合材料中的应用研究及性能分析[J]. 冯嫦,邓汨方,张胜宏. 塑料工业. 2019(08)
[7]硬质合金铣刀片合金产品的超声清洗和实际应用[J]. 罗晓冬,谭宏. 清洗世界. 2019(07)
[8]胡萝卜切片超声远红外干燥工艺的优化[J]. 李武强,万芳新,韦博,黄晓鹏. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(02)
[9]多谐振宽带Janus-Ring换能器[J]. 孙淑珍,李俊宝. 声学学报. 2019(04)
[10]超声振动切削加工机理及切削性能分析[J]. 李仁锁,邹爱成,宁晓明. 装备制造技术. 2019(07)
博士论文
[1]铌酸钾钠基无铅陶瓷的压电及其稳定性研究[D]. 姚方周.清华大学 2016
[2]模式转换型功率超声振动系统的设计及优化[D]. 许龙.陕西师范大学 2011
[3]径向及径—扭复合振动模式夹心式压电超声换能器研究[D]. 刘世清.陕西师范大学 2005
硕士论文
[1]纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的研究[D]. 李春红.哈尔滨工业大学 2016
[2]变厚度盘形径—扭复合振动压电超声换能器研究[D]. 李陆化.浙江师范大学 2016
[3]径向复合型压电超声换能器研究[D]. 苏超.浙江师范大学 2012
本文编号：3154549
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.2 换能器散热的研究现状
1.2.1 气介、液介制冷
1.2.2 半导体制冷
1.2.3 热管制冷
1.3 主要研究内容
1.3.1 换能器温度场分布
1.3.2 研究目标及内容
2 径向穿孔压电换能器的纵振特性分析
2.1 径向穿孔变幅杆的等效电路
2.1.1 径向穿孔薄圆盘的厚度振动等效电路
2.1.2 任意变截面径向穿孔变幅杆的纵振等效电路
2.1.3 常用截面的径向穿孔变幅杆纵振等效电路
2.2 节面径向穿孔换能器的纵振特性
2.2.1 节面位置穿孔任意变截面换能器的等效电路
2.2.2 节面位置穿孔任意变截面换能器的共振及反共振频率方程
2.2.3 节面位置穿孔任意变截面换能器的纵振特性
2.3 电极径向穿孔复合换能器的纵振特性
2.3.1 电极位置穿孔等截面复合换能器的等效电路及共振频率方程
2.3.2 电极位置穿孔等截面复合换能器的纵振特性
2.4 本章小结
3 径向穿孔压电换能器的纵振特性有限元分析
3.1 有限元分析方法
3.1.1 几何建模
3.1.2 材料定义及求解域设定
3.1.3 边界条件设定
3.1.4 网格剖分
3.1.5 求解及后处理
3.2 径向穿孔变幅杆有限元仿真分析
3.2.1 穿孔几何尺寸对变幅杆共振频率的影响
3.2.2 穿孔对变幅杆位移振幅和振速的影响
3.3 径向穿孔换能器有限元仿真分析
3.3.1 薄电极换能器
3.3.2 厚电极复合换能器
3.4 本章小结
4 高密度散热型复合压电换能器的振动特性分析
4.1 径向耦合热超导管的金属薄圆盘弯曲振动
4.2 径向耦合热超导管的高密度散热复合换能器纵向振动
4.2.1 前盖板位置耦合热超导管的换能器纵向振动特性
4.2.2 电极位置耦合热超导管的复合换能器纵向振动特性
4.3 本章小结
5 样品试验与测试
5.1 样品换能器频率测试
5.1.1 穿孔换能器样品频率测试
5.1.2 高密度散热换能器样品频率测试
5.2 样品换能器换热性能测试
5.2.1 高密度散热压电超声换能器散热性能测试
5.2.2 高密度散热压电超声换能器振动特性测试
5.3 本章小结
6 总结与展望
参考文献
附录 A 穿孔复合换能器系统实验图
附录 B 热管换能器温度场数据
攻读学位期间取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]前端开孔的大振幅柱型超声变幅杆[J]. 张然,崔晓娟,贺西平,王照伟. 云南大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]比较甲状腺手术中超声刀与传统电刀对喉返神经的保护作用[J]. 程蕴. 中国医疗器械信息. 2019(24)
[3]超声刀行小切口甲状腺手术中暴露喉返神经的临床疗效分析[J]. 方桂明,魏浩波,刘东升. 中国实用医药. 2019(35)
[4]超声加工技术的研究进展[J]. 张德远,刘逸航,耿大喜,姜兴刚. 电加工与模具. 2019(05)
[5]原油超声降黏机制[J]. 寇杰,王冰冰,张益华. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]超声波焊接在木塑复合材料中的应用研究及性能分析[J]. 冯嫦,邓汨方,张胜宏. 塑料工业. 2019(08)
[7]硬质合金铣刀片合金产品的超声清洗和实际应用[J]. 罗晓冬,谭宏. 清洗世界. 2019(07)
[8]胡萝卜切片超声远红外干燥工艺的优化[J]. 李武强,万芳新,韦博,黄晓鹏. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2020(02)
[9]多谐振宽带Janus-Ring换能器[J]. 孙淑珍,李俊宝. 声学学报. 2019(04)
[10]超声振动切削加工机理及切削性能分析[J]. 李仁锁,邹爱成,宁晓明. 装备制造技术. 2019(07)
博士论文
[1]铌酸钾钠基无铅陶瓷的压电及其稳定性研究[D]. 姚方周.清华大学 2016
[2]模式转换型功率超声振动系统的设计及优化[D]. 许龙.陕西师范大学 2011
[3]径向及径—扭复合振动模式夹心式压电超声换能器研究[D]. 刘世清.陕西师范大学 2005
硕士论文
[1]纵弯耦合振动型驻波压电驱动器的研究[D]. 李春红.哈尔滨工业大学 2016
[2]变厚度盘形径—扭复合振动压电超声换能器研究[D]. 李陆化.浙江师范大学 2016
[3]径向复合型压电超声换能器研究[D]. 苏超.浙江师范大学 2012
本文编号：3154549
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