基于数值仿真电磁微滴喷射装置优化与实验研究

发布时间：2018-06-12 18:16

本文选题：电磁流体 + 微滴喷射　；参考：《厦门理工学院》2016年硕士论文

【摘要】：电磁力驱动微滴喷射技术因其具有高精度、快响应、精定位等特点,能够被广泛的应用于汽车制造、微电子工程、微机械以及能源工业等领域。电磁微喷技术能够方便的通过控制电流脉宽,实现液体快速的按需喷射和液体进给,减少浪费、降低喷射成本、精确控制喷射量、提高液体喷射质量。为优化微滴喷射装置中阀体和喷嘴的形状和尺寸,以提高喷射效率和颗粒喷射质量,本文结合电磁理论和流体理论,采用ANSYS有限元数值模拟软件,对阀体熔锡槽中的熔融液体进行了电-磁-流耦合数值模拟,利用workbench平台中的Fluent分析模块,进行喷嘴流体数值模拟,分析形状尺寸对喷射速度和喷射质量的影响状况,进而加工相应形状尺寸的阀体和喷嘴对其进行实验研究。仿真分析中,首先,通过实验测量仿真所需且未知的参数,以焊锡作为喷射材料,测得温度在250℃条件下熔锡的密度和电导率分别为6981.73mkg?和4105.2?1S.m-,测得常温条件下定制永磁体的矫顽力为8121449-1A.m。其次,基于ANSYS分析软件,采用正交模拟方法,综合考虑能源利用率、喷射效率、阀体容积和喷嘴定位精度、堵塞问题,设定阀体和喷嘴模型形状和三维尺寸,以压力值做为评判依据,采用载荷传递耦合法,分别对阀体和喷嘴的结构尺寸进行数值模拟,分析阀体和喷嘴的结构尺寸对喷射效率和喷射质量的影响。结果表明阀体流道形状、熔锡槽长度和喷嘴形状是影响喷射的主要因素,次于主要因素的影响因素是熔锡槽厚度和喷嘴孔径,熔锡槽高度和喷嘴高度则是一般因素,得出最优阀体流道形状和尺寸组合是过渡形流道形状、熔锡槽长度尺寸为36mm、厚度为7 mm和高度为44mm,最优喷嘴流道形状尺寸组合是过渡形流道、高度为0.5 mm和孔径为150 um。接着,将优化阀体和喷嘴装配起来,进行多场耦合分析,获得喷嘴出口速度为1.19501m.s-。实验研究中,首先,根据仿真结果,考虑密封、绝缘、精度等问题,设计加工结构优化后的阀体以及与阀体配对的铜极并对其进行表面镀铁氟龙处理,喷嘴则设计成由钨钢喷嘴芯和铝合金喷嘴套两部份组成。其次,基于仿真参数测量实验,设定永磁体的矫顽力为8121449-1A.m、电压值8 V、脉宽6 ms和加热温度250℃,分别进行优化喷嘴和优化阀体与喷嘴实验,对实验结果使用Origin软件进行综合处理分析。结果表明,微喷装置未优化、仅优化喷嘴和优化阀体与喷嘴时,喷射速度平均值分别为0.497981m.s-、0.594461m.s-和1.108661m.s-,即,优化喷嘴后速度提高了19%,优化阀体与喷嘴后对比于仅优化喷嘴的微喷装置,速度提高了86%;获得的焊锡颗粒尺寸平均值分别为792 um、373 um和299 um,方差分别为98169 um、13504 um和687 um,喷射颗粒圆度上升,一致性和均匀性明显提高。优化装置仿真出口速度1.19501m.s-对比实验测得的出口速度1.108661m.s-,误差为9%,仿真结果很好的吻合了实验结果,说明仿真模型的相关参数设置是合理的,验证了仿真模型的可行性。
[Abstract]:In order to optimize the shape and size of the valve body and the nozzle , the influence of the shape and size of the valve body and the nozzle on the injection efficiency and the spray quality is analyzed by using the finite element numerical simulation software ANSYS . The experimental results show that the average value of the spray velocity is 0 . 497981 m . s - , 0 . 594461m . s - and 1 . 108661m . s - , respectively , the average value of the spray velocity is 0 . 497981 m . s - , 0 . 594461m . s - and 1.108661m . s - , respectively .
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH16;TP391.9

【参考文献】