基于悬臂板超声振动的高速微颗粒分离

发布时间：2022-10-05 19:20

　　微颗粒分离技术在很多领域中有着广泛的应用,比如化学工程、生物工程和微机械系统等。传统的颗粒分离方式多种多样,其中比较具有代表性的包括过滤、离心机分离、介电电泳、磁分离和光镊子分离等。各种传统方案均有一定局限,而使用超声波技术可以一定程度上避免上述方法所存在的一般局限。本研究基于胡俊辉教授团队研究的在微粒分离方面已取得的成果上,提出了一类基于悬臂板面内与面外振动复合效应的分离微小颗粒的新方法,通过驱动微粒运动实现分离效果。超声换能器是通过用铝板以悬臂梁的形式固定在郎之万超声换能器上而制成的,固定于换能器一端的铝板结合了面内振动和面外振动来分离颗粒。在实验中,使用多普勒激光振动计测量工作区域的振动。本实验中使用的微颗粒混合物为虾籽、玻璃球、玉米粉颗粒、酵母颗粒、精盐、太阳花种子、石英砂中的两种所混合而成。在铝板的工作区域中存在面内振动和面外振动,会影响颗粒的运动。颗粒的分离效率在共振频率下最高,并且板的振动幅度也影响分离效率。谐振条件下,不同混合物也有不同的分离效率,实验结果显示,玻璃球与玉米籽混合物中,玻璃球的分离率可高于90%。颗粒受悬臂板的驱动而实现分离,颗粒的运动包括在板摩擦力影响... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究课题的背景
    1.3 压电陶瓷的压电效应
    1.4 压电陶瓷性能指标
        1.4.1 机电耦合系数
        1.4.2 介电损耗和电品质因数
        1.4.3 机械品质因数
        1.4.4 介电常数
        1.4.5 压电常数
        1.4.6 居里温度
        1.4.7 频率常数
    1.5 压电陶瓷的分类和选择
    1.6 压电方程
        1.6.1 d型压电方程
        1.6.2 e型压电方程
        1.6.3 g型压电方程
        1.6.4 h型压电方程
    1.7 普通压电陶瓷的振动模式
    1.8 超声换能器介绍
        1.8.1 超声换能器概述
        1.8.2 郎之万换能器
        1.8.3 超声换能器的分类
        1.8.4 超声换能器的应用
    1.9 研究的目的、意义及内容
第二章 微粒分离概述与分离效应
    2.1 分离基础概述
        2.1.1 分离过程的分类
        2.1.2 混合物类型及其特性
        2.1.3 机械分离方法
            2.1.3.1 电泳分离
            2.1.3.2 重力沉降
            2.1.3.3 离心分离
            2.1.3.4 旋流分离
            2.1.3.5 过滤
            2.1.3.6 筛分
            2.1.3.7 超声分离
            2.1.3.8 磁分离
    2.2 Chladni效应
    2.3 本章总结
第三章 换能器驱动微小颗粒分离的结构和性能
    3.1 超声换能器元件结构
    3.2 实验中用到的颗粒及实验现象
    3.3 超声换能器的振动特性
        3.3.1 实验平台的搭建
        3.3.2 超声换能器的振动分析
        3.3.3 利用有限单元法对超声换能器的振动仿真
    3.4 超声换能器分离颗粒的特性
        3.4.1 构建分离特性试验平台
        3.4.2 颗粒分离效率评估的参数定义
        3.4.3 颗粒分离实验
    3.5 本章小结
第四章 振动分离颗粒机制的探究
    4.1 平板振动和波动
        4.1.1 薄板自由振动方程
        4.1.2 矩形板的平面外自由振动
        4.1.3 矩形板的受迫振动
        4.1.4 振型叠加
        4.1.5 平板上局部行波形成
    4.2 行波驱动颗粒运动原理
        4.2.1 微颗粒摩擦分析
        4.2.2 平板工作区域的椭圆运动轨迹
        4.2.3 平板与颗粒之间的力传递
    4.3 颗粒运动分析
    4.4 本章小结
第五章 全文总结和展望
    5.1 本课题的主要贡献
    5.2 下一步研究方向
参考文献
致谢
在校期间的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光与生物细胞作用机理及应用[J]. 狄建科,周明,杨海峰,戴娟.  激光生物学报. 2008(02)
[2]直线型超声电机的发展及应用[J]. 许海,赵淳生.  中国机械工程. 2003(08)
[3]面向21世纪的超声电机技术[J]. 赵淳生.  中国工程科学. 2002(02)

硕士论文
[1]压电晶片驱动式主动阀压电泵的研究[D]. 吕刚.吉林大学 2007



本文编号：3686355