一種微型水滴發生器的製作方法

2023-12-05 17:10:21 2

專利名稱：一種微型水滴發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於航空航天領域的冰風洞實驗中的水滴發生器，具體來說就是在研究水滴撞擊行為的冰風洞實驗中用於產生微型水滴的水滴發生器。
背景技術：
雲層中，液態水滴的大小極為不一致，可由幾個微米的雲滴到幾百個微米的雨滴構成。大氣中過冷水滴的存在，是飛機結冰的最重要因素。我們通常研究的水滴是直徑不大於40微米的小水滴，這也是主要引起飛機結冰的水滴直徑範圍。過冷大水滴與小水滴的不同之處在於過冷大水滴在運動過程中會出現變形、破碎，在撞擊機翼時還會出現飛濺與反彈現象，因此過冷大水滴的結冰機理較為複雜。冰風洞是進行防、除冰實驗研究的風洞，是研究飛機飛行時飛機迎風表面和某些儀表、機外傳感器部分的結冰形態、結冰容限及其防、除冰技術的特殊風洞。獲得所要求直徑的水滴是冰風洞實驗中研究過冷大水滴結冰機理的關鍵步驟。飛機結冰的位置、範圍以及結冰量、結冰形狀等嚴重影響飛行性能的特徵參數受大氣中過冷水滴與其相對運動的速度大小、水滴尺寸、溫度等參數的影響；冰風洞是主要用來模擬飛機結冰的地面實驗系統，冰風洞中流動的是高速冷氣流，氣流中直徑< 40微米的過冷水滴由噴嘴霧化產生，為防止噴嘴出口凍堵，往往液態水需要加溫後再由噴嘴霧化噴
出ο直徑> 50微米的過冷大水滴的在與周圍高速過冷氣體運動過程中伴隨著熱質交換，其大小、形狀、速度及溫度等參數都隨之發生變化，而大水滴的動力參數和熱力參數都會對最後的冰形和在機翼上結冰位置有著直接或間接地影響。目前，應用在冰風洞中的水滴發生器(噴嘴)由於一次性產生的水滴較多，且水滴直徑大小不一，在水滴的運動過程中又存在發生碰撞聚合、形變等不確定因素，無法準確獲取水滴在運動過程中的動力和熱力參數的變化，因此，獲得已知直徑大小的單個或多個水滴、追蹤水滴在運動過程中的參數變化，成為結冰機理實驗研究的關鍵步驟。

發明內容
本發明的目的是提供一種微型水滴發生器，該水滴發生器通過第一壓電振動器來產生單滴水滴，第二壓電振動器來產生多滴水滴；該水滴發生器能夠為冰風洞實驗提供直徑> 50微米的水滴，為研究水滴在高速運動過程中形變、破碎、溫度和速度的變化以及對機翼的撞擊特性等提供幫助。本發明是一種微型水滴發生器，該水滴發生器包括有頂蓋(1)、中部殼體O)、底蓋(3)、第一壓電振動器G)、第二壓電振動器(5)、針頭夾具(6)、針頭(6A)、引水管(6B)、 密封圈(7)、套筒⑶；套筒⑶為矽膠材料，密封圈(7)為聚四氟乙烯；頂蓋(1)的上表面為光整板面(11)，頂蓋(1)的下表面設有外圓環(12)、內圓臺 (13)，外圓環(12)與內圓臺(13)之間是凹槽(14)；該凹槽(14)用於放置中部殼體(2)的凸臺(24)；外圓環(12)上設有C通孔(121)、圓形槽(122)；該C通孔(121)與A螺紋孔 (211)同軸，且通過一螺釘實現頂蓋(1)與中部殼體(2)上端的連接；該圓形槽(122)用於引水管(6B)穿過；內圓臺(13)上設有D通孔(131)、E通孔(132) ；D通孔(131)與E通孔 (132)分別用於第一壓電振動器⑷上的正電極03)、負電極04)穿過；中部殼體O)上設有上臺體01)、下臺體02)，上臺體與下臺體02)之間是凹槽環(23)，上臺體上方設有凸臺04)；中部殼體O)的中心為錐形通道(25)、圓形通道( )，錐形通道0 在圓形通道06)的上方；上臺體的端面上設有A螺紋孔 (211)；下臺體02)的圓柱面上設有A通孔021)，該A通孔(221)用於放置第二壓電振動器(5)；凸臺04)的圓柱面上設有B通孔041)，該B通孔(Ml)用於放置引水管(6B)；凸臺04)的內圓柱面上設有內圓臺042)，該內圓臺(M2)用於支撐第一壓電振動器；圓形通道06)用於放置套筒(8)，套筒(8)的上下兩端分別套裝有上套圈(8A)、下套圈(8B)； 錐形通道0 和圓形通道06)構成液體腔；底蓋(3)的上表面為光整板面(31)，底蓋(3)的下方設有錐形圓臺(32)，錐形圓臺(32)的中心設有F通孔(321)，該F通孔(321)用於放置微形針頭(6A)；底蓋(3)的外緣上設有G通孔(311)；底蓋C3)與中部殼體的下臺體0 之間套接有聚四氟乙烯密封圈(7)；第一壓電振動器⑷包括有氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片G2)、正電極03)、負電極G4)、以及兩個起固定作用的聚四氟乙烯上墊圈(4A)、下墊圈(4B)，薄銅片02)安裝在上墊圈(4A)與下墊圈GB)之間，氧化鋰鈮壓電片Gl)與薄銅片G2)粘結在一起，正電極G3)與負電極04)連接在氧化鋰鈮壓電片Gl)上；氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片 02)、正電極03)和負電極04)裝配在一起構成壓電模塊；下墊圈GB)安裝在中部殼體 (2)的內圓臺(242)上；第二壓電振動器( 包括有結構相同的左壓電模塊和右壓電模塊；左壓電模塊由 A壓電片(51)、正電極(53)、負電極(54)和A電極座(57)構成，A電極座(57)上設有兩個供正電極(5；3)、負電極(54)通過的通孔，正電極(5 與負電極(54)焊接在A壓電片(51) 的一端面上，A壓電片(51)的另一端面粘接在套筒(8)上，正電極(53)、負電極(54)分別穿過A電極座(57)上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；右壓電模塊由B壓電片(52)、 正電極(55)、負電極(56)和B電極座(58)構成，B電極座(58)上設有兩個供正電極(55)、 負電極(56)通過的通孔，正電極(55)與負電極(56)焊接在B壓電片(52)的一端面上，B 壓電片(52)的另一端面粘接在套筒(8)上，A壓電片(51)與B壓電片(52)對稱粘接在套筒⑶上；正電極65)、負電極(56)分別穿過B電極座(58)上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；A電極座(57)與B電極座(58)的結構相同，A壓電片(51)與B壓電片(52) 結構相同；針頭夾具(6)的外部為圓柱形，針頭夾具(6)的上方中心設計成錐形通道(61)，針頭夾具(6)的下方用於安裝針頭(M)0本發明水滴發生器的優點在於①採用第一壓電振動器4與第二壓電振動器5的組合形式，通過選擇性的接通第一壓電振動器4與第二壓電振動器5，然後通過調整頻率發生器的電壓幅值和頻率，即可獲得單個或多個所需要求直徑大小的微型水滴。
②通過更換安裝在針頭夾具6上的精密針頭6A，能夠實現對精密針頭6A出射的液滴的直徑大小調節。③本發明設計的水滴發生器便於研究水滴在高速流動過程中的動力和熱力學參數變化。④本發明設計的水滴發生器通過選擇第一壓電振動器4與第二壓電振動器5的工作方式能夠完成單個或多個微型水滴的產生，並且水滴發生器的結構簡單、整體尺寸較小、 組裝和操作方便。




形槽
殼體
螺紋孔
形通道
形圓臺
電極
線
電極
線
水管
圖1是本發明微型水滴發生器的結構圖。 圖IA是本發明微型水滴發生器另一視角的結構圖。 圖IB是本發明微型水滴發生器的等軸剖視圖。 圖IC是本發明微型水滴發生器的分解圖。 圖2是本發明中部殼體的結構圖。 圖2A是本發明中部殼體的主視圖。 圖2B是本發明中部殼體的A-A剖視圖。 圖3是本發明頂蓋的結構圖。 圖4是本發明底蓋的結構圖。
圖5是本發明微型水滴發生器與貯水箱、頻率發生器連接示意圖。 1.頂蓋11.平整板面12.外圓環 121. C通孔
13.內圓臺
21.上臺體
23.凹槽環
26.圓形通道
321. F通孔
44.負電極
5.第二壓電振動器
55.正電極
5B. B導線
131. D通孔 211. A螺紋孔 24.凸臺 3.底蓋
132. E通孔 22.下臺體 241. B通孔 31.平整板面
4.第一壓電振動器41.壓電片 4A.上墊圈4B.下墊圈
51. A壓電片 56.負電極 6.針頭夾具
52. B壓電片 57. A電極座 61.錐形通道
14.凹槽 221. A通孔 242.內圓臺 311. G通孔 42.銅片 4C. A導線 53.正電極 58. B電極座 6A.針頭
122.圓 2.中部 222. B 25.錐 32.錐 43.正 4D. B 導 54.負 5Α· A 導 6B.引
6C.軟管7.密封圈8.套筒8A.上套圈 8B.下
套圈
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。參見圖1、圖1A、圖1B、圖IC所示，本發明的一種微型水滴發生器，該水滴發生器包括有頂蓋1、中部殼體2、底蓋3、第一壓電振動器4、第二壓電振動器5、針頭夾具6、針頭 6A、引水管6B、密封圈7、套筒8 ；針頭6A安裝在針頭夾具6的下方；套筒8安裝在中部殼體 2內，且套筒8內設有上套圈8A和下套圈8B。(一)頂蓋1參見圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖3所示，頂蓋1的上表面為光整板面11，頂蓋1的下表面設有外圓環12、內圓臺13，外圓環12與內圓臺13之間是凹槽14。凹槽14內放置中部殼體2的凸臺24，卡合在外圓環12與內圓臺13之間的凸臺對，能夠實現頂蓋1與中部殼體2上端之間的裝配密封。外圓環12上設有C通孔121、圓形槽122 ；C通孔121用於螺釘穿過實現與中部殼體2的上臺體21上的A螺紋孔211連接。圓形槽122用於引水管6B穿過。內圓臺13上設有D通孔131、E通孔132 ；該D通孔131用於第一壓電振動器4的負電極44穿過，該E 通孔132用於第一壓電振動器4的正電極43穿過。在本發明中，頂蓋1採用不鏽鋼材料加工。(二)中部殼體2參見圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖2、圖2A、圖2B所示，中部殼體2上設有上臺體21、 下臺體22，上臺體21與下臺體22之間是凹槽環23，上臺體21上方設有凸臺M ；中部殼體 2的中心部位為錐形通道25、圓形通道沈，錐形通道25在圓形通道沈的上方。上臺體21的端面上設有A螺紋孔211，該A螺紋孔211用於與頂蓋1上的通孔配合，在螺釘為連接件下實現將頂蓋1與中部殼體2的上方安裝在一起。下臺體22的圓柱面上設有A通孔221，該A通孔221用於放置第二壓電振動器5。 在本發明中，A通孔221設置在中部殼體2的X軸向上，使得第二壓電振動器5在加載脈衝頻率(頻率發生器提供)條件下，套筒8受到Y軸向的脈衝壓力，此時錐形通道25內的水在所述脈衝壓力下由精密針頭6A噴射出。參見圖2A所示，凹槽環23的設計方便了水滴發生器在使用時的固定方便。凸臺M的圓柱面上設有B通孔M1，該B通孔241用於放置引水管6B ；凸臺M的內圓柱面上設有內圓臺M2，該內圓臺242用於支撐第一壓電振動器4。參見圖2B所示，錐形通道25用於儲存水。圓形通道沈用於放置套筒8，套筒8的上下兩端分別套裝有上套圈8A、下套圈8B。錐形通道25和圓形通道沈用於存儲部分水(貯水箱提供的水)，在進行水滴噴射時錐形通道25和圓形通道沈構成本發明水滴發生器的液體腔。在本發明中，通過軟管6C將貯水箱中的水引入中部殼體2的錐形通道25和圓形通道沈內，參見圖2B、圖5所示。在頻率發生器提供的脈衝信號作用下，第一壓電振動器在液體腔中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭6A出口處的水(液體)自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射；第二壓電振動器5產生彎曲振動與液體腔中的水相互作用產生壓力波，使得精密針頭6A出口處產生連續的等直徑水滴。在本發明中，中部殼體2採用不鏽鋼材料加工。(三)底蓋3參見圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖4所示，底蓋3的上表面為光整板面31，底蓋3的下方設有錐形圓臺32，錐形圓臺32的中心設有F通孔321，該F通孔321用於放置微形針頭6A ；底蓋3的外緣上設有G通孔311，該G通孔311用於螺釘穿過實現與中部殼體2的下臺體22底部B通孔222的配合將底蓋3連接在中部殼體2的底部。底蓋3下方的錐形圓臺32、以及錐形圓臺32中心的F通孔321設計，充分考慮了在使用過程中，避免了在水滴產生過程中高速氣流的幹擾。在本發明中，底蓋3與中部殼體2的下臺體22之間套接有聚四氟乙烯密封圈7，該密封圈7能夠對水滴發生器內流動的水起到密封的作用。在本發明中，底蓋3採用不鏽鋼材料加工。(四)第一壓電振動器4 參見圖1、圖1B、圖IC所示，第一壓電振動器4包括有氧化鋰鈮壓電片41和薄銅片42、正電極43、負電極44、以及兩個起固定作用的聚四氟乙烯上墊圈4A、下墊圈4B，薄銅片42安裝在上墊圈4A與下墊圈4B之間，氧化鋰鈮壓電片41與薄銅片42粘結在一起，正電極43與負電極44連接在氧化鋰鈮壓電片41上；氧化鋰鈮壓電片41和薄銅片42、正電極 43和負電極44裝配在一起構成壓電模塊。下墊圈4B安裝在中部殼體2的內圓臺242上。薄銅片42厚度為0. 2mm,氧化鋰鈮壓電片41厚度為0. 2mm。正電極43、負電極44上套有絕緣膜。正電極43穿過頂蓋1的E通孔132，負電極 44穿過頂蓋1的D通孔131。正電極43通過A導線4C連接在頻率發生器正極端，負電極 44通過B導線4D連接在頻率發生器負極端。上墊圈4A、下墊圈4B採用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯材料具有極低的表面張力和表面摩擦力，耐酸鹼，化學性質很穩定，是極好的絕緣材料、密封材料和填充材料。氧化鋰鈮壓電片41採用的氧化鋰鈮單晶材料具有高機電耦合及極低的聲波衰減係數，容易激發高頻表面聲波，是用來製作表面聲波組件的最佳材料。在本發明中，第一壓電振動器4的兩個電極(兩個電極上通過導線與頻率發生器連接)來接收外部頻率發生器提供的數據脈衝序列，當頻率發生器產生的脈衝信號作用到第一壓電振動器4上時，從而引起第一壓電振動器4動作。在本發明中，第一壓電振動器4在頻率發生器提供的脈衝頻率f條件下，產生的單
個水滴的直徑為仏=^\d2-V/f，d表示微型針頭的內直徑(單位m)，ν表示水的射流速度
(單位m/s)，f表示頻率發生器提供的脈衝頻率。在施加的電壓脈衝的作用下，壓電模塊在液體腔(即錐形通道2 中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭6A的針孔處的液體自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射。在本發明中，在頻率發生器提供的脈衝信號作用下，第一壓電振動器4在液體腔中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭6A出口處的液體自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射。
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(五)第二壓電振動器5參見圖1、圖1B、圖IC所示，第二壓電振動器5包括有結構相同的左壓電模塊和右壓電模塊；左壓電模塊由A壓電片51、正電極53、負電極M和A電極座57構成，A電極座 57上設有兩個供正電極53、負電極M通過的通孔，正電極53與負電極M焊接在A壓電片 51的一端面上，A壓電片51的另一端面粘接在套筒8上，正電極53、負電極M分別穿過A 電極座57上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；右壓電模塊由B壓電片52、正電極陽、負電極56和B電極座58構成，B電極座58上設有兩個供正電極55、負電極56通過的通孔，正電極陽與負電極56焊接在B壓電片52的一端面上，B壓電片52的另一端面粘接在套筒8上，A壓電片51與B壓電片52對稱粘接在套筒8上；正電極55、負電極56分別穿過B電極座58上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；A電極座57與B電極座58的結構相同，採用聚四氟乙烯加工成帶孔的圓柱結構，A壓電片51與B壓電片52結構相同。右壓電模塊中的正電極55通過A導線5A連接在頻率發生器正極端，負電極56通過B導線5B連接在頻率發生器負極端。依據右壓電模塊的連接方式，同理可得，左壓電模塊中的正電極53通過C導線 (圖中未示出)連接在頻率發生器正極端，負電極M通過D導線(圖中未示出)連接在頻率發生器負極端。在本發明中，第二壓電振動器5在頻率發生器提供的脈衝頻率.f條件下，產生的多個水滴的直徑為/^=317><[坌]3，0表示引水管6B的進水量(單位cm7min)，f表示頻
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率發生器提供的脈衝頻率。多個水滴的產生是指發生器中的液體在壓電片所產生的壓力作用下以射流的形式流出噴口，然後由於射流液柱表面毛細波的增長，最終斷裂為一串單個的液滴。在本發明中，第一壓電振動器4設置在水滴發生器的Y軸向上(如圖1所示)，第二壓電振動器5設置在水滴發生器的X軸向上(如圖1所示)，通過分別選擇這兩個振動器進行驅動中部殼體2中的水，使得從針頭6A噴射出的水滴為單個或者連續多個。(六)套筒8參見圖1B、圖IC所示，套筒8內部的上端套接有上套圈8A，套筒8內部的下端套接有下套圈8B。套筒8採用矽膠材料加工。該材料具有超疏水性能，較低的表面能和表面張力。由於套筒8為軟質，故用上套圈8A和下套圈8B實現將套筒8安裝在錐形通道25的圓形通道內，一方面起到固定安裝；另一方面起到套筒8與錐形通道25內壁之間的密封。上套圈8A和下套圈8B採用聚四氟乙烯材料加工。 在本發明中，第二壓電振動器5中的A壓電片51與B壓電片52對稱粘接在套筒8 上，在加載頻率發生器產生的脈衝信號條件下，套筒8會隨著頻率產生擠壓錐形通道25和圓形通道沈內的水。(七)密封圈7密封圈7採用聚四氟乙烯材料加工，密封圈7置於中部殼體2下端與套筒8之間， 密封圈7能夠密封中部殼體2中的水滲出。(八)針頭夾具6
參見圖1B、圖IC所示，針頭夾具6的外部為圓柱形，針頭夾具6的上方中心設計成錐形通道61，針頭夾具6的下方用於安裝針頭6A。錐形通道61有利於水滴產生過程中減小水與錐形面之間的粘性阻力。針頭夾具6採用聚四氟乙烯材料加工。(九)針頭6A參見圖1A、圖1B、圖IC所示，精密針頭6A安裝在針頭夾具6的下方，精密針頭6A 的針尖向下。精密針頭6A利用電鍍原理對其經過鍍氟處理，這樣可以大大降低針頭6A內外表面的表面張力。精密針頭6A與針頭夾具6的下方安裝時採用一聚四氟乙烯密封墊圈進行卡緊。在本發明中，針頭6A出口流出水的射流速度為ν = Ρ·ξ·%，ν表示水的射流速度 (單位m/s)，ξ表示射流效率，P表示針頭6Α出口處的水壓(單位Pa)，P表示水密度(單位 kg/m3)。微型針頭採用東莞市依立創點膠設備有限公司生產的精密針頭。通過更換針頭可實現對水滴直徑大小進行調節。(十)引水管6B參見圖IC所示，引水管6B與中部殼體2的連接處用聚氨酯密封劑密封，引水管6B 材料為聚四氟乙烯，內徑為1. 5mm。本發明是一種適用於模擬機翼結冰的地面風洞實驗時用的微型水滴發生器，該水滴發生器的連接關係為中部殼體2的上端安裝有頂蓋1，中部殼體2的下端安裝有密封圈7，密封圈7的下方是底蓋3 ；中部殼體2的錐形通道25內安裝有套筒8 ；中部殼體2上方的內圓臺242支撐起第一壓電振動器4，中部殼體2中部的A通孔221內安裝有第二壓電振動器5 ；底蓋3 下方的F通孔321內安裝有針頭夾具6，針頭夾具6上安裝針頭。參見圖5所示，本發明是一種適用於模擬機翼結冰的地面冰風洞實驗時用的微型水滴發生器，操作該水滴發生器產生水滴的過程為(A)通過軟管6B使引水管6與貯水箱連通；(B)通過A導線4C、B導線4D使第一壓電振動器4與頻率發生器導通；(C)通過A導線5A、B導線5B、C導線、D導線使第二壓電振動器5與頻率發生器導通；(D)選取第一壓電振動器4工作時，調節頻率發生器輸出的電壓為40 60V、頻率範圍35 50Hz ；則水滴發生器產生單個水滴；(E)選取第二壓電振動器5工作時，調節頻率發生器輸出的電壓為2. 5 5V、頻率範圍0. 4 IMHz ；則水滴發生器產生連續多個等直徑的水滴。
權利要求
1. 一種微型水滴發生器，其特徵在於該水滴發生器包括有頂蓋(1)、中部殼體O)、底蓋(3)、第一壓電振動器G)、第二壓電振動器(5)、針頭夾具(6)、針頭(6A)、引水管(6B)、 密封圈(7)、套筒⑶；套筒⑶為矽膠材料，密封圈(7)為聚四氟乙烯；頂蓋⑴的上表面為光整板面(11)，頂蓋⑴的下表面設有外圓環(12)、內圓臺(13)， 外圓環(12)與內圓臺(13)之間是凹槽(14)；該凹槽(14)用於放置中部殼體(2)的凸臺 (24)；外圓環(12)上設有C通孔(121)、圓形槽(122)；該C通孔(121)與A螺紋孔(211) 同軸，且通過一螺釘實現頂蓋(1)與中部殼體( 上端的連接；該圓形槽(12 用於引水管 (6B)穿過；內圓臺(13)上設有D通孔(131)、E通孔(132) ；D通孔(131)與E通孔(132) 分別用於第一壓電振動器⑷上的正電極G3)、負電極04)穿過；中部殼體(2)上設有上臺體、下臺體02)，上臺體與下臺體02)之間是凹槽環(23)，上臺體上方設有凸臺04)；中部殼體的中心為錐形通道(25)、圓形通道 ( )，錐形通道0 在圓形通道06)的上方；上臺體的端面上設有A螺紋孔011)； 下臺體0 的圓柱面上設有A通孔021)，該A通孔(221)用於放置第二壓電振動器(5)； 凸臺(24)的圓柱面上設有B通孔(對1)，該B通孔(241)用於放置引水管(6B)；凸臺(24) 的內圓柱面上設有內圓臺042)，該內圓臺(M2)用於支撐第一壓電振動器；圓形通道 (26)用於放置套筒(8)，套筒(8)的上下兩端分別套裝有上套圈(8A)、下套圈(8B)；錐形通道05)和圓形通道06)構成液體腔；底蓋(3)的上表面為光整板面(31)，底蓋(3)的下方設有錐形圓臺(32)，錐形圓臺 (32)的中心設有F通孔(321)，該F通孔(321)用於放置微形針頭(6A)；底蓋(3)的外緣上設有G通孔(311)；底蓋C3)與中部殼體的下臺體0 之間套接有聚四氟乙烯密封圈(7)；第一壓電振動器(4)包括有氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片(42)、正電極(43)、負電極G4)、以及兩個起固定作用的聚四氟乙烯上墊圈(4A)、下墊圈(4B)，薄銅片02)安裝在上墊圈(4A)與下墊圈GB)之間，氧化鋰鈮壓電片Gl)與薄銅片G2)粘結在一起，正電極 (43)與負電極04)連接在氧化鋰鈮壓電片Gl)上；氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片02)、 正電極G3)和負電極04)裝配在一起構成壓電模塊；下墊圈GB)安裝在中部殼體的內圓臺(242)上；第二壓電振動器( 包括有結構相同的左壓電模塊和右壓電模塊；左壓電模塊由A壓電片(51)、正電極(53)、負電極(54)和A電極座(57)構成，A電極座(57)上設有兩個供正電極(5；3)、負電極(54)通過的通孔，正電極(5 與負電極(54)焊接在A壓電片(51)的一端面上，A壓電片(51)的另一端面粘接在套筒(8)上，正電極(53)、負電極(54)分別穿過 A電極座(57)上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；右壓電模塊由B壓電片(52)、正電極(55)、負電極(56)和B電極座(58)構成，B電極座(58)上設有兩個供正電極(55)、負電極(56)通過的通孔，正電極(55)與負電極(56)焊接在B壓電片(52)的一端面上，B壓電片(52)的另一端面粘接在套筒(8)上，A壓電片(51)與B壓電片(52)對稱粘接在套筒 (8)上；正電極(55)、負電極(56)分別穿過B電極座(58)上的兩個通孔後，與外部的頻率發生器連接；A電極座(57)與B電極座(58)的結構相同，A壓電片(51)與B壓電片(52) 結構相同；針頭夾具(6)的外部為圓柱形，針頭夾具(6)的上方中心設計成錐形通道(61)，針頭夾具(6)的下方用於安裝針頭(6A)。
2.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於A通孔(221)設置在中部殼體(2)的X軸向上，使得第二壓電振動器( 在頻率發生器提供的脈衝信號條件下，套筒(8) 受到Y軸向的脈衝壓力，此時錐形通道0 內的水在所述脈衝壓力下由精密針頭(6A)噴射出。
3.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於頂蓋(1)、中部殼體( 、底蓋(3)均採用不鏽鋼材料加工。
4.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於第一壓電振動器(4)在頻率發生器提供的脈衝頻率f條件下，產生的單個水滴的直徑為Ζ), =，d表示微型針頭的內直徑(單位m)，ν表示水的射流速度(單位m/s)，f表示頻率發生器提供的脈衝頻率。在施加的電壓脈衝的作用下，壓電模塊在液體腔中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭 (6A)的針孔處的液體自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射。
5.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於第二壓電振動器( 在頻率發生器提供的脈衝頻率f條件下，產生的多個水滴的直徑為= 317』坌]3，Q表示引水管L/」6B的進水量(單位cm7min)，f表示頻率發生器提供的脈衝頻率。多個水滴的產生是指發生器中的液體在壓電片所產生的壓力作用下以射流的形式流出噴口，然後由於射流液柱表面毛細波的增長，最終斷裂為一串單個的液滴。
6.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於在頻率發生器提供的脈衝信號作用下，第一壓電振動器(4)在液體腔中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭(6A)出口處的水自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射。
7.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於在頻率發生器提供的脈衝信號作用下，第二壓電振動器( 產生彎曲振動與液體腔中的水相互作用產生壓力波，使得精密針頭(6A)出口處產生連續的等直徑水滴。
8.根據權利要求1所述的微型水滴發生器，其特徵在於針頭(6A)出口流出水的射流速度為ν = 7^ , ν表示水的射流速度(單位m/s)，ξ表示射流效率，P表示針頭(6Α) 出口處的水壓(單位Pa)，P表示水密度(單位kg/m3)。
全文摘要
本發明公開了一種微型水滴發生器，該水滴發生器用於實現在地面冰風洞中產生單個或是多個水滴，為研究水滴在高速運動過程中形變、破碎、溫度和速度的變化以及對機翼的撞擊特性等提供幫助。該水滴發生器的設計是基於Rayleigh不穩定原理的。本發明的水滴發生器包括壓電裝置、引水管和中部殼體以及精密針頭等零件。在頻率發生器提供的脈衝信號作用下，第一壓電振動器在液體腔中產生聲壓力波，聲壓力波與精密針頭出口處的液體自由彎月面相互作用而產生單個液滴噴射；第二壓電振動器產生彎曲振動與液體相互作用產生壓力波，使得精密針頭出口處產生連續的等直徑水滴。
文檔編號G01M9/00GK102419246SQ20111024396
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者劉朝陽, 常士楠, 楊波, 王超 申請人:北京航空航天大學