基于压电效应的流固耦合和气液两相流的打印头快速分步分析方法

发布时间：2021-11-22 19:01

　　微滴喷射技术具有广泛的应用领域和极高的市场占有率,打印头作为核心部件,其性能严重影响成型件的质量。为了实现更高液滴喷射速度的目标,本文提出了一种基于压电效应的流固耦合和气液两相流的快速分步结构优化分析法。首先通过有限元模拟,建立了压电式打印头的压电-弹性-流体耦合和气液两相流模型,探索了流道腔长度、宽度、深度、压电结构厚度以及振动板厚度对液滴喷射性能的影响规律;通过正交试验方法,确定了打印头结构尺寸的最优组合。运用激光多普勒振动测试系统,对按照优化结果制造出的打印头进行了打印头振动板变形情况的测试,验证了有限元模拟的可靠性,并根据喷射液滴的速度和体积验证喷射的稳定性。结果表明,按照优化结果得到的尺寸来制造出的压电式打印头成功实现了墨滴的喷射,且喷射情况稳定,验证了这种结构优化分析方法的可靠性。 

【文章来源】：中国基础科学. 2020,22(01)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

三维截点1处Z方向的位移

图5 三维截点1处Z方向的位移为了验证液滴的飞行姿态,本文需要构建两相流模型。如图7 所示,两相流模型由液体域、空气域和基底构成,液体域与空气域的交界面设置为初始界面,液体域的底部设置为入口,入口边界条件为压电-弹性-流体耦合模型导出的流速。

为了验证液滴的飞行姿态,本文需要构建两相流模型。如图7 所示,两相流模型由液体域、空气域和基底构成,液体域与空气域的交界面设置为初始界面,液体域的底部设置为入口,入口边界条件为压电-弹性-流体耦合模型导出的流速。对以上模型进行瞬态求解计算,不同时刻的体积分数及速度如图8及图9所示。液体在20 μs开始喷出,41 μs弯液面开始收回,53 μs时尾巴断裂。由于尾巴末端的速度比主液滴速度大,尾巴之后会追上主液滴并汇入主液滴。

【参考文献】：
硕士论文
[1]新型压电式喷墨打印头一体化腔室制造[D]. 何敬志.大连理工大学 2015



本文编号：3512274