【摘要】：超聲霧化技術(shù)由于產(chǎn)生的霧滴均勻性好、平均粒徑小,分布集中、電源功耗低等優(yōu)點在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題,進一步增強超聲霧化噴涂時噴霧的抗干擾能力及噴霧頭的實用性,在保證噴霧均勻性好、霧錐特性穩(wěn)定的前提下盡可能實現(xiàn)噴涂寬度在較大范圍內(nèi)的變化,本文利用軟件建模及有限元仿真分析相結(jié)合的方法,設(shè)計了氣體輔助式超聲霧化噴頭,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)計可調(diào)的供氣流體通道,實現(xiàn)了聚攏型噴霧與散射型噴霧在一個超聲霧化噴頭并存的設(shè)計方案。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,通過理論公式推導(dǎo)計算得出噴涂寬度可調(diào)的氣助式超聲霧化噴頭的主要機械振動結(jié)構(gòu)超聲換能器及變幅桿的具體尺寸參數(shù),結(jié)合有限元分析技術(shù),采用模態(tài)分析方法對所設(shè)計的帶變幅桿的換能器進行虛擬仿真分析,將仿真結(jié)果與理論設(shè)計值進行比較。通過ANSYS軟件對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,得到了與理論設(shè)計僅有0.075%誤差的縱向振動模態(tài),滿足超聲霧化用換能器對性能的要求,用仿真驗證理論設(shè)計的正確性,得出機械振動結(jié)構(gòu)各部分最終尺寸參數(shù)。其次,介紹了噴涂寬度可調(diào)的氣助式超聲霧化噴頭的組成結(jié)構(gòu)和基本工作原理。在機械振動結(jié)構(gòu)確定的前提下,通過流體仿真的方法對超聲霧化噴頭的流道結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。小寬度噴涂時,采用單一變量的方法改變流體結(jié)構(gòu)的各個參數(shù),通過觀察分析流體仿真結(jié)果中噴頭內(nèi)部氣體的運動狀況及在噴口處的射流情況來選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。大寬度噴涂時,采用渦流齒輪增大噴涂寬度的設(shè)計方案,通過流體仿真的方法,直接驗證設(shè)計的可行性。確定整體結(jié)構(gòu)參數(shù),選擇材料,進行樣機制作。最后,搭建超聲霧化噴涂實驗平臺完成噴霧實驗。對所設(shè)計的噴涂寬度可調(diào)的氣助式超聲霧化噴頭進行一系列相關(guān)實驗,研究影響噴涂效果的外部控制因素。實驗表明在進行小寬度噴涂時,發(fā)現(xiàn)在一定供氣壓力范圍內(nèi),噴涂寬度呈現(xiàn)先增加后減小最后趨于平穩(wěn)的趨勢。在一定范圍內(nèi)改變噴涂高度,發(fā)現(xiàn)隨著高度的增加,噴涂寬度呈現(xiàn)出先小幅度增加后減小最后趨于平穩(wěn)的趨勢。同樣,在一定范圍內(nèi)改變供液流量,發(fā)現(xiàn)供液流量的變化對噴涂寬度的影響不大。在進行大寬度噴涂時,發(fā)現(xiàn)在一定供氣壓力范圍內(nèi),隨著供氣壓力的增大,噴涂寬度隨之增大,最后趨于平穩(wěn)。當(dāng)在一定范圍內(nèi)改變噴涂高度時,隨著高度的增加,噴涂寬度逐漸增加,最終趨于平穩(wěn)。同樣,在一定范圍內(nèi)改變供液流量,發(fā)現(xiàn)供液流量的變化對噴涂寬度的影響很小,噴涂寬度基本保持不變。在一個霧化噴頭中進行的小寬度噴涂實驗與大寬度噴涂實驗充分證明了所設(shè)計的超聲霧化噴頭噴涂寬度在一定范圍內(nèi)的可調(diào)性。最后并對噴霧效果進行檢驗,結(jié)果表明超聲霧化噴涂噴霧均勻,噴霧霧錐特性穩(wěn)定,噴涂效果良好。
【圖文】：

圖 1.2 壓電式超聲霧化噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖式超聲霧化噴嘴具有霧化后產(chǎn)生的液滴顆粒細(xì)小且粒徑不易堵塞、高精度、高可控性、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工、能源等行業(yè)[5-12]。其典型應(yīng)用如表 聲霧化噴嘴霧化效果極佳，是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N超聲霧化器主要有低頻和高頻[13]之分，，其中工作頻率處的超聲霧化器為低頻超聲霧化器，工作頻率大于 1MH聲霧化器。對于高頻超聲霧化器，工作時對水質(zhì)的要求、可靠性較低、難以霧化粘度高的液體且極易改變液體的不可避免的缺點，極大的限制了高頻超聲霧化器的發(fā)展器具有這些優(yōu)點：可靠性極高、不會破壞被霧化液體的高，使低頻超聲波霧化在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用器進行研究顯得極為有意義。同時壓電式超聲霧化器按換

1.3 帶有變幅桿的球式壓電超聲霧化器結(jié)構(gòu)示意ey LB 等人設(shè)計出一種工作頻率為 120kHz 的超聲換能器，并將變幅桿與換能器壓緊來放大換能器大位置處，在霧化面上液體被振動破碎形成大量后蓋板采用陶瓷材料時，夾心式換能器工作頻率超聲霧化噴頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH122

【參考文獻】

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本文編號：2687174