[发明专利]一种高斯复合形角的中频超声雾化喷头及其设计方法

说明书

技术领域

本发明是用于工农业领域的一种超声雾化器，尤其涉及超声雾化器的结构设计方法及其采用该设计方法的超声雾化喷头。 

背景技术

超声雾化是指利用电子高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。目前超声雾化喷头的变幅杆的主要形状有圆锥形、指数形、悬链形、贝塞尔形和阶梯形等。圆锥形变幅杆，结构简单，易于设计和制造，但是它的放大系数低；指数形和悬链形变幅杆具有光滑的应力分布，但是它的放大系数低；阶梯形变幅杆具有高的放大系数，但是也具有高的应力集中，容易折断。由于变幅杆中的最大质点振动速度与杆中的最大应力成正比，所以变幅杆输出端所能达到的振动速度常常受到变幅杆材料所能承受的应力，即疲劳强度所限制。因而考虑到高斯复合形变幅杆的应力沿杆的轴向分布是均匀的，即没有极大值存在，故而随着变幅杆的形状因数的提高，就可能在输出端得到很大的振动速度，故选择高斯复合形变幅杆。 

目前超声雾化器有低频(工作频率介于20kHz-80kHz)和高频（工作频率大于1MHz）之分。低频超声雾化器(工作频率在20kHz和80kHz之间)有稳定的雾化量，可靠性高，但由于它的雾滴偏大（雾滴直径在30μm和100μm之间)，雾滴尺寸很难调节。高频雾化器一般指工作频率大于1MHz的雾化器，其结构尺寸一般较小，雾滴细，但是它具有工作可靠性差，功率小，雾滴大小难以控制，工况稳定性差等缺点；根据雾滴大小的计算公式： 

dp=0.34(8πσρf2)1/3---(4)]]>

式中：σ为表面张力系数，ρ为液体密度，f为声波频率，d_p为雾滴的直径。由公式（4）知，在雾化液一定的情况下，随着频率f的提高，雾滴的直径变小，因而提出一种频率介于两者之间的中频超声雾化喷头,该喷头能产生超细雾滴。 

发明内容

本发明提供了一种高斯复合形角的中频超声雾化喷头的设计方法及依据该方法设计的高斯复合形角的中频超声雾化喷头，以解决现有的高频超声雾化器工作可靠性差、功率小、工况稳定性差和低频超声雾化器的雾滴偏大（雾滴直径在30μm和100μm之间)；阶梯形变幅杆具有高的放大系数，但是也具有高的应力集中，容易折断等不足。 

本发明的高斯复合形角的中频超声雾化喷头的设计方法，该设计方法的步骤包括：根据需要选择超声雾化喷头的变幅杆长度L、频率F；根据高斯复合形变幅杆的振动形式建立它的波动方程式中：S是变幅杆的横截面积，k是变幅杆材料对应的波数，其中k＝ω/c，ω是变幅杆的固有频率，c是变幅杆材料的纵波速度。 

根据高斯复合形角变幅杆的边界条件，基于数值方法，求解超声变幅杆的波动方程。在x=0处令S=S₀（变幅杆大端的横截面积），则变幅杆的截面变化规律： 

S=S0e-12(kx)2]]>

当变幅杆是圆形截面时，其直径的变化规律：