低頻彎振超聲霧化噴頭的研制及應用分析

周飛

摘要：為了在實際的操作過程中克服霧化栽培的過程中高頻超聲霧化器所出現的問題，本文提出了一種新的低頻超聲霧化器的結構，通過相關的理論分析對霧化噴頭的相關尺寸進行了確定和構造，這樣就建立起了一個噴頭三維參數化的相關模型，之后對相關的模型進行仔細的分析，這樣就確定了相關的工作頻率，這樣的試驗就在一定程度上驗證了模型分析的正確性，應用相位多普勒測量（PDPA/PDA）技術對相關的低頻超聲霧化器霧化效果做進一步的測量工作，之后通過對測量的結果進行仔細的分析，可以發現，體積中徑小于5μm的細小霧滴占據了大約百分之二十二左右，這就說明了可以產生超細霧滴，這樣就進一步地滿足了霧化栽培的實際需求，霧化的試驗結果還表明了這一霧化噴頭具備霧化量比較大，作業工作時間比較長以及效率高等優勢，這是一種在霧化栽培過程中得到了實際應用效果的新型霧化噴頭。

關鍵詞?低頻彎振;超聲霧化噴頭;研制;應用分析

前言：

霧化栽培也被稱之為氣霧培，具體指的是讓植物的根系可以離開水和基質，這是一種可以應用在農業生產過程中的一種新型栽培技術，霧化栽培是一種比其他的技術更加能讓生長變快、管理變得更加方便、以及成本投入比較小的方式，在農業生產中是一種非常關鍵的栽培方式。

一、低頻超聲霧化噴頭設計及仿真

以往的超聲霧化技術采用的是電子高頻振蕩原理，主要是通過超聲波上高頻率的震蕩來產生電流，并進一步的產生高頻電能信號，之后再通過相關的患能器轉換為超聲波。在超聲波出現之后可以通過相關的霧化介質進行傳播，在氣液的界面處可以慢慢地形成一種表面的張力波，在超聲空話化作用的影響下就能將液體分子進行破壞，這樣就會形成一種比較細小的霧滴，從而就實現了液體的霧化。一般來說，工作頻率一旦大于了1 MHz就可以被認定是高頻[1]。

高頻霧化器在實際的應用過程中存在著一些問題：首先，霧化量是比較小的，這是因為這一型號的霧化器的換能器機構是一種薄片，這樣就會實現一個比較大的功率，從而就在一定程度上限制住了霧化量，如果說要進一步地加大霧化量，就需要結合實際情況不斷地增加霧化器的數量，但是，這樣就會造成成本的增加。其次，超聲換能器的可靠性是比較差的，這是因為金屬薄片會在長時間的工作下會出現高頻振動的情況，這樣就會出現疲勞斷裂的情況。此外，霧滴的大小是不能結合實際情況進行調節的，這樣就會導致不能結合實際情況研究根系生長和營養霧滴大小的關系，這一型號的霧化器的霧滴大小計算公式主要如下：D=0.34（8πT/ρf2）1/3.?通過仔細地觀察這一公式我們可以看出，只要工作頻率是確定的，那么霧滴的大小也隨之確定了;但是如果是霧化器的工作頻率是確定的，霧化的大小就不可以調節了。在這一公式中，r表示的是表面的張力系數;P表示的是液體的密度;f表示的是聲波的頻塞。最后，這一霧化器難以產生超細的霧滴，根據相關的計算結果可以指導，要想產生1μm的霧滴，就需要設備換能器的厚度達到0.3mm，但是這一厚度在實際的制作過程中，存在著非常大的問題，需要仔細地考慮和強度相關的因素[2]。

二、結構設計

霧化噴嘴一般是由超聲換能器以及變幅桿這兩部分做成的。換能器一般是用于在實際操作中實現機械能與電能的相互轉換，換能器往往是由軸向極化的壓電陶瓷圓環、等截面圓柱體形狀的前后金屬蓋板等組件構成的，變幅桿采用的是圓錐形過渡的階梯形變幅桿，主要的作用是進一步的增大換能器振動表面的振幅，這樣可以進一步的提升整個振動系統的前后振速比，需要仔細的考慮到28 kHz的超聲驅動電路在市場上是比較常見的，為了進一步的降低研發的實際成本，可以選擇超聲換能器的諧振頻率為28 kHz，還需要選擇圓環形的壓電陶瓷4片，前后蓋板的外徑一般為35毫米[3]。

三、結論

第一，低頻超聲霧化器的霧化量是比較大的，這是因為這一霧化噴頭采用的是一種夾心的結構，功率得到了提升，這也就能從一定程度上實現最大的霧化效果;第二，低頻超聲霧化器具備比較高的可靠性，在具體的試驗過程中可以工作4個小時以上，這是因為金屬薄片和高頻的震蕩霧化器相比較來說，結構的可靠性會極大地提高。第三，工作頻率為28 kHz的低頻超聲霧化器中所產生的霧滴體積中徑為47.2μm，體積中徑小于5μm的超細霧滴占據了大約百分之二十二左右，這就說明了可以產生超細的霧滴，能夠進一步的滿足霧化栽培的實際需求，到那時由于超細霧滴的占比是比較小的，這就需要對霧滴做好二次霧化的工作。

參考文獻：

[1]徐強.E類諧振逆變低頻超聲霧化噴頭驅動電路研制[D].江蘇：江蘇大學，2016. DOI：10.7666/d.D01002516.

[2]高建民，陸岱鵬，劉昌鑑，等.微型指數振子低頻超聲霧化噴頭的研制及噴霧試驗[J].農業工程學報，2014，（4）：40-46. DOI：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.04.006.

[3]王中旺，汪幫富，曹洋，等.聚焦超聲霧化栽培噴頭設計及工作頻率對霧化效果的影響研究[J].機床與液壓，2018，46（18）：18-23. DOI：10.3969/j.issn.1001-3881.2018.18.003.

湖北工業大學