喷涂宽度可调的气助式超声雾化喷头的设计及实验研究

发布时间：2020-05-29 16:12

【摘要】：超声雾化技术由于产生的雾滴均匀性好、平均粒径小,分布集中、电源功耗低等优点在各个领域得到广泛应用。为了解决现有技术问题,进一步增强超声雾化喷涂时喷雾的抗干扰能力及喷雾头的实用性,在保证喷雾均匀性好、雾锥特性稳定的前提下尽可能实现喷涂宽度在较大范围内的变化,本文利用软件建模及有限元仿真分析相结合的方法,设计了气体辅助式超声雾化喷头,并在此基础上,设计可调的供气流体通道,实现了聚拢型喷雾与散射型喷雾在一个超声雾化喷头并存的设计方案。本文的主要研究内容如下:首先,通过理论公式推导计算得出喷涂宽度可调的气助式超声雾化喷头的主要机械振动结构超声换能器及变幅杆的具体尺寸参数,结合有限元分析技术,采用模态分析方法对所设计的带变幅杆的换能器进行虚拟仿真分析,将仿真结果与理论设计值进行比较。通过ANSYS软件对设计的结构进行模态分析,得到了与理论设计仅有0.075%误差的纵向振动模态,满足超声雾化用换能器对性能的要求,用仿真验证理论设计的正确性,得出机械振动结构各部分最终尺寸参数。其次,介绍了喷涂宽度可调的气助式超声雾化喷头的组成结构和基本工作原理。在机械振动结构确定的前提下,通过流体仿真的方法对超声雾化喷头的流道结构进行设计。小宽度喷涂时,采用单一变量的方法改变流体结构的各个参数,通过观察分析流体仿真结果中喷头内部气体的运动状况及在喷口处的射流情况来选择最优结构参数。大宽度喷涂时,采用涡流齿轮增大喷涂宽度的设计方案,通过流体仿真的方法,直接验证设计的可行性。确定整体结构参数,选择材料,进行样机制作。最后,搭建超声雾化喷涂实验平台完成喷雾实验。对所设计的喷涂宽度可调的气助式超声雾化喷头进行一系列相关实验,研究影响喷涂效果的外部控制因素。实验表明在进行小宽度喷涂时,发现在一定供气压力范围内,喷涂宽度呈现先增加后减小最后趋于平稳的趋势。在一定范围内改变喷涂高度,发现随着高度的增加,喷涂宽度呈现出先小幅度增加后减小最后趋于平稳的趋势。同样,在一定范围内改变供液流量,发现供液流量的变化对喷涂宽度的影响不大。在进行大宽度喷涂时,发现在一定供气压力范围内,随着供气压力的增大,喷涂宽度随之增大,最后趋于平稳。当在一定范围内改变喷涂高度时,随着高度的增加,喷涂宽度逐渐增加,最终趋于平稳。同样,在一定范围内改变供液流量,发现供液流量的变化对喷涂宽度的影响很小,喷涂宽度基本保持不变。在一个雾化喷头中进行的小宽度喷涂实验与大宽度喷涂实验充分证明了所设计的超声雾化喷头喷涂宽度在一定范围内的可调性。最后并对喷雾效果进行检验,结果表明超声雾化喷涂喷雾均匀,喷雾雾锥特性稳定,喷涂效果良好。
【图文】：

示意图,超声雾化,压电式,喷嘴结构

图 1.2 压电式超声雾化喷嘴结构示意图式超声雾化喷嘴具有雾化后产生的液滴颗粒细小且粒径不易堵塞、高精度、高可控性、结构简单、操作方便等优农业、医药、化工、能源等行业[5-12]。其典型应用如表声雾化喷嘴雾化效果极佳，是目前最具有发展潜力的一种超声雾化器主要有低频和高频[13]之分，，其中工作频率处的超声雾化器为低频超声雾化器，工作频率大于 1MH声雾化器。对于高频超声雾化器，工作时对水质的要求、可靠性较低、难以雾化粘度高的液体且极易改变液体的不可避免的缺点，极大的限制了高频超声雾化器的发展器具有这些优点：可靠性极高、不会破坏被雾化液体的高，使低频超声波雾化在各个领域都得到了广泛的应用器进行研究显得极为有意义。同时压电式超声雾化器按换

示意图,球式,变幅杆,雾化器

1.3 带有变幅杆的球式压电超声雾化器结构示意ey LB 等人设计出一种工作频率为 120kHz 的超声换能器，并将变幅杆与换能器压紧来放大换能器大位置处，在雾化面上液体被振动破碎形成大量后盖板采用陶瓷材料时，夹心式换能器工作频率超声雾化喷头结构示意图如图 1.4 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH122

【参考文献】