压电式单液滴发生装置的设计与试验研究

发布时间：2020-05-11 18:00

【摘要】：研究液滴运动和植株叶面的关系,对增加农药喷雾液滴在植物叶面上的附着率有着指导性的意义。本文提出适用于植保领域的压电式单液滴发生装置,实现50~300μm粒径的液滴产生。同时,研究液滴粒径的影响因素,通过单液滴发生装置实际产生的液滴粒径对装置的稳定性进行评价。本文通过对国内外液滴发生装置的发展现状研究提出了压电式单液滴发生装置的设计思路,并且基于压电驱动器振动模型分析和图像处理技术对装置的工作效果进行了研究。其具体的研究有以下四个方面:(1)设计并制作了压电式单液滴发生装置首先对压电式单液滴发生装置的压电驱动器的振动过程建立了物理模型,并且对其相关参数进行设计。接着对压电驱动器的驱动源装置进行选择,集成了压电式单液滴发生装置。研究得到当采用0.16mm的喷头,在输入梯形波、压电驱动频率为30HZ和电压在50~80V的范围内时,装置产生了0.15~0.28mm的液滴;(2)通过ANSYS14.5的fluent模块对单液滴的下落空气过程进行了数值模拟通过在fluent模块中的VOF模型输入UDF函数,研究了正弦波信号对下落液滴的影响。同时对下落液滴在液流场、速度场和压力场中进行分析,发现液滴于空气中的下落过程,液滴内部的速度和压力一直在做调整,直到速度和压力均布于液滴内部,液滴能够在空气腔中稳定并均匀下落;同时将液滴的下落过程分为了拉伸生长、颈缩成半月形、液柱断裂、液滴下落振荡和液滴成球五个阶段。(3)压电驱动信号输入和液滴形成的关系研究用任意波信号发生器给压电驱动器输入了四种波形来进行输入驱动波形对压电驱动器振动位移影响的探究,用激光位移传感器对压电驱动器振动位移进行测量。研究发现梯形波比较适合做单液滴发生器的驱动波形,并通过研究压电驱动器最大位移产生和液滴形成的时间的关系,发现液滴在梯形波的驱动下的形成的确经历拉伸生长、颈缩成半月形、液柱断裂、液滴下落振荡和液滴成球五个阶段,验证了仿真的结果。同时,减小梯形波高电平保持的时间可以提高单液滴发生装置的工作效率。(4)液滴粒径的影响因素(1)对比高速摄像机自带软件和MATLAB图像处理得到液滴粒径的方法,发现MATLAB图像处理得到液滴粒径的方法误差率低7%,在液滴的微小粒径测量过程中,可采用MATLAB图像处理来得到液滴粒径;(2)通过建立液滴粒径和喷头参数拟合曲线,虽然喷头长径比对液滴粒径的影响比较的比较小,但是液滴粒径随着喷嘴长径比的增大而增大;液滴粒径随着喷头内径的增大而逐渐增大;(3)在电压输入幅值的影响中,在50~80V时,液滴粒径随着电压幅值的增大而不断增大;在压电输入频率中,在30Hz~80Hz时,液滴粒径随着压电输入幅值的增大而逐渐减小;(4)当输入压力增加时,液滴在空气腔中的下落速度增大,使得液滴粒径随着下落速度增大而慢慢增大;如果压力过大,则输入的压力取代压电驱动器的振动使得液滴将形成射流;(5)通过理论和实际发现,当液滴粒径大于1.9倍液滴产生前的液柱粒径时,会有卫星液滴的产生。
【图文】：

（a）单液滴连续发生技术示意图[7](b) 单液滴按需发生技术图 1.2 单液滴发生技术分类Fig.1.2 The classification of single droplet generation technologies单液滴发生技术主要分为单液滴连续发生技术和单液滴按需发生技术

(a) 侧喷式 (b) 顶喷式图 1.3 热泡式单液滴按需发生技术Fig.1.3 Thermal single-droplet-on-demand jet technology
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S49

【参考文献】

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2 未永;吕玉山;;收缩管型压电微滴喷射理论分析与实验研究[J];压电与声光;2014年03期

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4 唐勇;齐乐华;罗俊;陶院;杨方;;电磁致动式微滴按需喷射装置的设计及实现[J];机械科学与技术;2013年07期

5 周诗贵;习俊通;;压电驱动膜片式微滴喷射仿真与尺度一致性试验研究[J];机械工程学报;2013年08期

6 Sungu Kim;Jaeyong Sung;Myeong Ho Lee;;Pressure Wave and Fluid Velocity in a Bend-Mode Inkjet Nozzle with Double PZT Actuators[J];Journal of Thermal Science;2013年01期

7 谢丹;张鸿海;舒霞云;肖峻峰;曹澍;;气动膜片式多材料微液滴按需喷射技术研究[J];中国科学:技术科学;2010年07期

8 舒霞云;张鸿海;刘华勇;谢丹;肖峻峰;;高黏度微量喷射系统的实验研究[J];中国科学:技术科学;2010年02期

9 ;Experimental study on high viscosity fluid micro-droplet jetting system[J];Science China(Technological Sciences);2010年01期

10 张鸿海;舒霞云;肖峻峰;谢丹;;气动膜片式微滴喷射系统原理与实验[J];华中科技大学学报(自然科学版);2009年12期

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3 路士州;微量生物试剂非接触式分配机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

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本文编号：2658851