CN107051805B

CN107051805B - 一种多激励振动的液滴发生器装置

Info

Publication number: CN107051805B
Application number: CN201710013299.8A
Authority: CN
Inventors: 孔令逊; 葛鹏辉; 何健; 董雪
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2037-01-09
Also published as: CN107051805A

Abstract

本发明公开了一种多激励振动的液滴发生器装置，包括液滴发生器本体、振动片、喷嘴、信号发生器、高压氮气瓶和蓄压器；振动片被设置在液滴发生器本体上，喷嘴被设置在振动片上，高压氮气气瓶给蓄压器提供射流压力源，蓄压器给液滴发生器本体提供稳定射流压力和液体，信号发生器被设置为连接振动片，并对振动片提供多通道信号。本发明的一种多激励振动的液滴发生器装置，实现多重激励振动，多片振动片实现多方向射流激励模式，通过分别独立控制其工作，产生不同方向的射流扰动源，进而控制射流形态，用于研究射流形态在不同方向和不同特征参数的扰动源下的射流特性。

Description

一种多激励振动的液滴发生器装置

技术领域

本发明涉及液体射流机理研究领域，尤其涉及一种多激励振动的液滴发生器装置。

背景技术

液滴发生器在工业如发动机、汽轮机等动力装置中、农业如农药喷撒、制造业如激光加工等具有广泛的应用背景，尤其是涉及到燃油的射流喷射、破碎、液滴合并、雾化的装置，液滴发生器应当具有很高的要求。液体射流的破碎是一个复杂的物理过程，喷嘴内部强湍流以及机械振动引起的喷嘴内部强扰动会对液滴初次破碎射流结构、二次破碎结构产生很大的影响。在喷嘴附近施加机械振动产生扰动可以控制射流破碎特性和研究射流发展过程。针对外加机械激励振动对射流的影响研究上，需要借助能够有效控制射流过程的特殊装置，而目前相关装置的设计较少。

经过对现有技术文献的检索发现，并没有相关多重激励机械振动模式下工作的液滴发生器。对于相关的液滴发生器，CN101813044记载了一种通过信号发生器、扬声器、振动丝产生单激励扰动的液滴发生器，它能通过调节毛细管内径产生大小均匀且已知的液滴。CN1404993记载了一种用于喷墨打印机喷头的微小液滴发生器。两个发明均未涉及多重激励机械振动工作模式的设计。专利CN203916941授权了一种利用变频调速器和液体泵的方法，在悬挂头处形成不同体积的液体，利用运动杆将其甩出，获得一定大小的液滴。论文“压电式共振腔均匀液滴发生器的设计与研制”(1993)描述了一种采用共振腔实现的均匀液滴发生器的设计，是将压电传感器产生的机械振动经锥形变幅杆放大后传递于小孔板,使小孔板处能产生较大幅度的机械振动。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种多激励振动的液滴发生器装置，实现多重激励振动，多片振动片实现多方向射流激励模式，通过分别独立控制其工作，产生不同方向的射流扰动源，进而控制射流形态，用于研究射流形态在不同方向和不同特征参数的扰动源下的射流特性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种多激励振动的液滴发生器装置，解决射流控制问题，实现一种装置产生多种工作模式，提高装置的利用效率，降低装置的设计成本。本发明通过实现多重激励振动，多片振动片实现多方向射流激励模式，分别独立控制其工作，产生不同方向的射流扰动源，进而控制射流形态，用于研究射流形态在不同方向和不同特征参数的扰动源下的射流特性，对认识射流机理有重要的意义。

为实现上述目的，本发明提供了一种多激励振动的液滴发生器装置，包括液滴发生器本体、振动片、喷嘴、信号发生器、高压氮气瓶和蓄压器；振动片被设置在液滴发生器本体上，喷嘴被设置在振动片上，高压氮气气瓶给蓄压器提供射流压力源，蓄压器给液滴发生器本体提供稳定射流压力和液体，信号发生器被设置为连接振动片，并对振动片提供多通道信号。

进一步地，液滴发生器本体包括上基座、下基座、第一盖面和第二盖面；其中，上基座设置有4个进出水口，并且4个进出水口高于第一盖面的平面。

进一步地，振动片包括第一振动片和第二振动片；第一振动片被设置在上基座，第二振动片被设置在下基座；第一振动片和第二振动片之间设置有液压腔。

进一步地，喷嘴的形状被设置为圆形、正方形、三角形、星形、椭圆形、花生形中的一种。

进一步地，第一振动片的材质为导电产生振动材料，第二振动片的材质为导电产生振动材料。

进一步地，信号发生器被设置为改变信号器的峰值电压、占空比、相位差和信号频率来改变振动片机械行为。

进一步地，多激励振动的液滴发生器装置具有4个激励振动模式，分别是无振动模式、顶部振动模式、底部振动模式、双重振动模式；无振动模式为自然射流过程，顶部振动模式和底部振动模式为单一激励振动模式，双重振动模式为双重激励振动模式。

进一步地，上基座和下基座通过连接机构连接。

进一步地，信号发生器对第一振动片和第二振动片提供电压信号，允许两个振动片各自进行机械振动。

进一步地，振动片被设置为至少三个。

技术效果

1、本发明具有多片振动片，不仅能够控制单片振动片实现单一激励扰动源工作，而且可以通过对多片振动片分别独立控制其工作，产生不同方向的射流扰动源，实现多重激励振动，进而控制射流形态，研究射流形态在不同方向和不同特征参数的扰动源下的射流特性；本发明实现一种装置产生多种工作模式，并且工作模式之间切换灵活，拓宽了装置的使用范围，很大程度提高了装置的利用效率，降低了设计成本。

2、本发明具有多片振动片，在不同的工作模式下，能够独立地通过改变施加给多片振动片的峰值电压、占空比、相位差以及信号频率来控制射流特征参数，如射流破断长度、液滴直径、液滴分布均匀度和液滴大小频率。本发明能够实现多种信号激励模式，控制灵活，同时也提高了装置的利用效率，降低了设计成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置的结构示意图。

图2是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置的双重液滴发生器本体的分解结构示意图。

图3是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置的液滴发生器本体的结构示意图。

图4是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置在双重激励下的四种工作状态下的液滴形态示意图。

图5是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置的三重激励液滴发生器本体的剖视图。

图6是本发明的一个较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置的三重液滴发生器本体的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置，包括液滴发生器本体1、振动片2、喷嘴3、信号发生器4、高压氮气瓶5和蓄压器6；振动片2被设置在液滴发生器本体1上，喷嘴3被设置在振动片2上，高压氮气气瓶5给蓄压器6提供射流压力，蓄压器6给液滴发生器本体1提供液体，信号发生器4被设置为连接振动片2，并对振动片2提供多通道信号。

如图2所示，液滴发生器本体1包括上基座1.1、下基座1.2、第一盖面1.3和第二盖面1.4；如图3所示，上基座1.1设置有4个进出水口1.5，并且4个进出水口1.5高于第一盖面1.3的平面，上基座的顶部具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面同心。上基座1.1和下基座1.2通过连接机构连接，优选地通过螺栓连接。

如图2所示，本发明的一较佳实施例的一种多激励振动的液滴发生器装置为双重激励液滴发生器装置，液滴发生器本体1为双重液滴发生器本体，其中，振动片2包括第一振动片和第二振动片；第一振动片被设置在上基座1.1，优选地，第一振动片设置在上基座1.1和第一盖面1.3之间，并用固定结构将第一盖面1.3固定在上基座1.1的顶部中心；第二振动片被设置在下基座1.2，优选地，第二振动片设置在下基座1.2和第二盖面1.4之间，并用固定结构将第二盖面1.4固定在下基座1.2的底部；第一振动片和第二振动片之间设置有液压腔，液压腔具有高度差。第一振动片和第二振动片可以被设置为相互平行，也可以被设置为不平行。第一振动片的材质为导电产生振动材料，第二振动片的材质为导电产生振动材料，第一振动片的材质和第二振动片的材质可以被设置为相同，也可以被设置为不同。

信号发生器4对第一振动片和第二振动片提供电压信号，允许两个振动片各自进行机械振动。信号器4输出不同振幅和频率的扰动信号，改变信号器的峰值电压、占空比、相位差和信号频率来改变振动片机械行为，从而实现不同类型的激励源振动。

本发明的一较佳实施例的多激励振动的液滴发生器装置具有4个激励振动模式，分别是无振动模式、顶部振动模式、底部振动模式、双重振动模式。其中无振动模式为自然射流过程，顶部振动模式和底部振动模式为单一激励振动模式，双重振动模式为双重激励振动模式。如图4所示，4种激励振动模式下，经过喷嘴的液滴形态不同。

本发明的一较佳实施例的多激励振动的液滴发生器装置被设置为，如图1所示，打开高压氮气瓶5，使压力作用于蓄压器6的液体，使液体进入液体腔内。通过液滴发生器的第一振动片和第二振动片，实施4种不同的激励振动模式：1、无振动模式；2、顶部振动模式；3、底部振动模式；4、双重振动模式。过程通过改变信号发生器4的峰值电压、占空比、相位差和信号频率来改变振动片的机械行为，对液体腔内的液体进行扰动，产生不同扰动模式下的射流过程，研究液束射流破断长度、液滴直径、液滴分布均匀度和液滴大小频率等特性。

本发明的另一较佳实施例的多激励振动的液滴发生器，是三重激励液滴发生器装置，包括上基座1.1、下基座1.2、第一盖面1.3和第二盖面1.4；如图5和6所示，上基座1.1设置有4个进出水口1.5，并且4个进出水口1.5高于第一盖面1.3的平面，上基座的顶部具有第一表面和第二表面，第一表面和第二表面同心。上基座1.1和下基座1.2通过连接机构连接，优选地通过螺栓连接。如图5所示，三重激励液滴发生器本体1包括三个振动片2，其中两个振动片设置在液滴发生器的顶部，这两个振动片处于同一平面，另一个振动片设置在液滴发生器的底部，底部的振动片设置有喷嘴3信号发生器对三个振动片施加不同的激励信号源，实现三重激励液滴发生器的设计。

本发明的多激励振动的液滴发生器具有多片振动片，通过分别独立控制其工作与否，产生不同方向的射流扰动源，进而控制射流形态，研究射流形态在不同方向和不同特征参数的扰动源下的射流特性；喷嘴形状可以为圆形、正方形、三角形、星形、椭圆形、花生形中的一种；信号发生器产生正弦波、三角波、方波等电压信号对振动片实施激励；通过改变施加给振动片的峰值电压、占空比、相位差以及信号频率来控制射流特征参数，如射流破断长度、液滴直径、液滴分布均匀度和液滴大小频率。本发明能够实现灵活切换的多种工作模式，拓宽了装置的使用范围，很大程度提高了装置的利用效率，降低了设计成本。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种多激励振动的液滴发生器装置，其特征在于，包括液滴发生器本体、振动片、喷嘴、信号发生器、高压氮气瓶和蓄压器；所述液滴发生器本体包括上基座、下基座、第一盖面和第二盖面，所述振动片被设置在所述液滴发生器本体上，所述振动片包括第一振动片和第二振动片，所述第一振动片被设置在所述上基座和所述第一盖面之间，所述第二振动片被设置在所述下基座和所述第二盖面之间；所述第一振动片和所述第二振动片之间设置有一个液压腔，所述液压腔中装有一种液体；所述第一振动片与所述液压腔的上表面直接接触，所述第二振动片与所述液压腔的下表面直接接触，使得所述液压腔中的液体能够同时受到所述第一振动片和所述第二振动片的扰动，从而形成来自于所述液压腔的顶部、底部同时振动的双重激励振动模式；所述第一振动片和所述第二振动片被设置为不平行；所述喷嘴被设置在所述振动片上，所述喷嘴的形状被设置为圆形、正方形、三角形、星形、椭圆形、花生形中的一种；所述高压氮气瓶给所述蓄压器提供射流压力源，所述蓄压器给所述液滴发生器本体提供稳定射流压力和液体，所述信号发生器被设置为连接所述振动片，并对所述振动片提供多通道信号，所述信号发生器对所述第一振动片和所述第二振动片提供电压信号，允许两个振动片各自进行机械振动；所述喷嘴被设置为通过所述第一振动片与所述第二振动片的扰动，产生射流破断长度、液滴直径、液滴均匀度以及液滴频率各不相同的射流状态。

2.如权利要求1所述的一种多激励振动的液滴发生器装置，其特征在于，所述上基座设置有4个进出水口，并且所述4个进出水口高于所述第一盖面的平面。

3.如权利要求1所述的一种多激励振动的液滴发生器装置，其特征在于，所述第一振动片的材质为导电产生振动材料，所述第二振动片的材质为导电产生振动材料。

4.如权利要求3所述的一种多激励振动的液滴发生器装置，其特征在于，所述信号发生器被设置为改变所述信号发生器的峰值电压、占空比、相位差和信号频率来改变所述振动片机械行为。