Page 64 - 《应用声学》2023年第4期
P. 64

726                                                                                  2023 年 7 月


                           表 1   材料特征参数                            采用Mode Superpos’n方法对整个超声雾化喷
                Table 1  The material characteristic pa-       嘴进行谐响应分析,并观察输出端面上 1688# 节点
                rameters                                       的谐响应特性,如图9所示。

              材料   密度/(kg·m −3 ) 杨氏模量/GPa 泊松比 声速/(m·s   −1 )       PATH=1
                                                                   VALUE=1                          MAR 2 2022
                                                                                                    17:16:17
              40Cr     7.85        211     0.27     5184                                            PLOT NO.1
              7075     2.81        71      0.33     5027
             PZT8      7.51        112      0.3     3861

             3.1 动力学分析
                                                       #
                 超声雾化喷嘴各段半径参数分别设为:R                      =
                                                       5
                                            #
             3 mm、R 8 = R    ′ 8  = 10 mm、R 6  = 1.25 mm、
             R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 6 = 19 mm、R 5 = 6 mm。
                                                                      −3.189  −2.481  −1.773  −1.064 −0.356384 −0.351701 1.06  1.768  2.476  3.184
             之后,依据作者前期研究工作所提出的方法对                                  Model asm0112
             频率方程 (3)、方程 (4)、方程 (8) 进行求解。由此                               图 8  超声雾化喷嘴的振动模式
             可以获得,前 1/4λ 带中心孔换能器各段长度为:                            Fig. 8 The vibration mode of ultrasonic atomizer
             L 1 = 15.23 mm、L 2 = 24 mm;后1/4λ 带中心孔换
             能器各段长度为:L 3 = 30 mm、L 4 = 4.15 mm;复                  POST26                             MAR 2 2022
                                                                  AMPLITUDE                          17:38:05
                                                                                                     PLOT NO.1
             合变幅杆各段段长度为 L 6 = 5 mm、L 7 = 10 mm、                     2.0
             L 8 = 122.35 mm;法兰设置在前端盖 L 3 的外圆面                      1.8
                                                                    1.6
             上,外径70 mm,厚度8 mm。                                      1.4
                 依据上述参数,利用三维建模软件和有限元分                              ૝ࣨ/(10 -7  m)  1.2
                                                                    1.0
             析软件对超声雾化喷嘴进行建模和模态分析,如                                  0.8
                                                                    0.6
             图 7 所示。其中,压电陶瓷 PZT8 采用三维耦合场                            0.4
             体单元 SOLID5,扫略法划分网格,网格数目为 450;                          0.2
                                                                     0
             40Cr 与 7075 铝合金采用 SOLID95 单元类型,自由                       20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30
                                                                                    ᮠဋ/kHz
             法划分网格,网格数目为17278。应用有限元分析软                            Model asm0112
             件中的Path Operations功能,获得沿超声雾化喷嘴                                    图 9  谐响应曲线
             轴线路径上各质点的位移分布情况 (即:振动模式),                                   Fig. 9 Harmonic response curve
             如图 8所示。
                                                                   由图7∼ 9中内容可知,超声雾化喷嘴的理论计

                NODAL SOLUTION                                 算频率为24908 Hz,相对于系统设计频率25 kHz的
                                                MAR  2  2022
                STEP=1
                SUB=6                            17:01:43
                FREQ=24908                      PLOT NO. 1     偏差率在 6‰ 以内;超声雾化喷嘴满足全波长纵向
                USUM (AVG)
                RSYS=0
                DMX=3.262                                      振动模式。
                SMN=0.044114
                SMX=3.262
                                                               3.2  流场特性分析
                                                                   应用流体仿真分析软件对超声雾化喷嘴作用
                                                               前后,砂轮 -工件周围的气体流场进行计算分析,结
                                                               果如图 10 所示。流体仿真分析各参数分别为:砂
                                                               轮直径 350 mm,粗糙度为 0.5 mm,旋转速度为
                  0.044114  0.4014642 0.75917 1.117  1.474  1.832  2.189  2.547  2.904  3.262
                                                               150 rad/s;雾化头直径为 20 mm;砂轮 -工件间隙
                MODEL ASM0112
                         图 7  超声雾化喷嘴的模态                        为 0.1 mm;设定砂轮 -工件之间的流场特性满足
                   Fig. 7 The mode of ultrasonic atomizer      k-epsilon模型;雾滴进行类风处理。
   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69