[發明專利]一種傅里葉形角的中頻超聲霧化噴頭及設計方法

在審

• 申請號: 201310292219.9
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN104275266A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 高建民;陸岱鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B05B17/06
• 分類號: B05B17/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明是用于工農業領域的一種超聲霧化器，尤其涉及超聲霧化器的結構設計的方法以及基于該方法得到的超聲霧化噴頭。?

背景技術

超聲霧化是指利用電子高頻震蕩，通過陶瓷霧化片的高頻諧振，將液態水分子結構打散而產生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何化學試劑。目前超聲霧化器有高頻（工作頻率大于1MHz）和低頻(工作頻率介于20kHz-80kHz)之分。高頻霧化器一般指工作頻率大于1MHZ的霧化器，其結構尺寸一般較小，霧滴細，但是它具有工作可靠性差，功率小，工況穩定性差等缺點；低頻超聲霧化器(工作頻率在20kHz和80kHz之間)有穩定的霧化量，可靠性高，但由于它的霧滴偏大（霧滴直徑在30μm和100μm之間)。根據霧滴大小的計算公式：?

dp=0.34(8πσρf2)1/3---(4)]]>

式中：σ為表面張力系數，ρ為液體密度，f為聲波頻率，d_p為霧滴的直徑。由公式（4）知，在霧化液一定的情況下，隨著頻率f的提高，霧滴的直徑變小，因而提出一種頻率介于兩者之間的中頻超聲霧化噴頭。?

目前，超聲霧化噴頭的變幅桿的主要形狀有圓錐形、指數形、懸鏈形、貝塞爾形和階梯形等。圓錐形變幅桿，結構簡單，易于設計和制造，但是它的放大系數低；指數形和懸鏈形變幅桿具有光滑的應力分布，但是它的放大系數低；階梯形變幅桿具有高的放大系數，但是也具有高的應力集中，容易折斷。因而考慮到傅里葉形角變幅桿的高振幅放大、低的應力集中顧及形狀因數等優點，故選擇傅里葉形角變幅桿。?

發明內容

本發明提供了一種傅里葉角的中頻超聲霧化噴頭的設計方法及裝置，以解決現有的高頻超聲霧化器工作可靠性差、功率小、工況穩定性差和低頻超聲霧化器的霧滴偏大（霧滴直徑在30μm和100μm之間)。?

本發明的傅里葉角的中頻超聲霧化噴頭的設計方法，步驟包括：根據需要選擇超聲霧化噴頭的放大系數M、變幅桿長度L、頻率F；基于數值方法，使用MATLAB程序求解超聲變幅桿的波動方程，根據傅里葉變幅桿的振動形式建立它的波動方程并寫成無量綱形式

根據傅里葉變幅桿的邊界條件，引入一個多項式來滿足邊界條件；基于數值方法，求解超聲變幅桿的波動方程，得到超聲變幅桿的橫截面的面積A(X)，也即得到傅里葉變幅桿的2-D輪廓，在Pro/e中把該輪廓通過繞其對稱中心軸回轉得到傅里葉變幅桿的3-D模型。?

根據超聲變幅桿的參數，設計和變幅桿匹配的換能器部分，并用Pro/e建模，最后將變幅桿和換能器組裝起來，導入有限元分析軟件ANSYS中，進行模態分析、諧響應分析和瞬態分析，對中頻超聲霧化噴頭進行優化設計。?

根據引入的邊界條件公式（3）可知，當N取不同值時，稱為N階傅里葉形角變幅桿，所述設計方法適用于不同階數的傅里葉角的超聲霧化噴頭的設計。?

當F取值在20kHz到80kHz之間，也是適用的，因而此設計方法也適用于傅里葉形角的低頻超聲霧化噴頭的設計。?

本發明的一種傅里葉形角的中頻超聲霧化噴頭是由超聲換能器、傅里葉形角變幅?桿組成；所述超聲換能器由換能器前蓋板、換能器后蓋板組成，換能器前蓋板與傅里葉形角變幅桿連接，換能器前蓋板與換能器后蓋板之間設有壓電陶瓷，所述壓電陶瓷之間設有薄電極。?

所述傅里葉形角變幅桿的底端設有垂直于變幅桿的進液口，所述變幅桿的內部設有沿桿向分布的出液口。?

每個傅里葉角是按照半波長和振幅放大M倍進行設計。?

本發明所設計的傅里葉形角變幅桿具有高的振幅放大、低的應力集中且顧及形狀因數等優點。?

附圖說明

圖1是傅里葉形角中頻超聲霧化噴頭的原理圖。?