專利名稱：一種微型水滴發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的水滴發(fā)生器，具體來說就是在研究水滴撞擊行為的冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中用于產(chǎn)生微型水滴的水滴發(fā)生器。
背景技術(shù)：
云層中，液態(tài)水滴的大小極為不一致，可由幾個(gè)微米的云滴到幾百個(gè)微米的雨滴構(gòu)成。大氣中過冷水滴的存在，是飛機(jī)結(jié)冰的最重要因素。我們通常研究的水滴是直徑不大于40微米的小水滴，這也是主要引起飛機(jī)結(jié)冰的水滴直徑范圍。過冷大水滴與小水滴的不同之處在于過冷大水滴在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)變形、破碎，在撞擊機(jī)翼時(shí)還會(huì)出現(xiàn)飛濺與反彈現(xiàn)象，因此過冷大水滴的結(jié)冰機(jī)理較為復(fù)雜。冰風(fēng)洞是進(jìn)行防、除冰實(shí)驗(yàn)研究的風(fēng)洞，是研究飛機(jī)飛行時(shí)飛機(jī)迎風(fēng)表面和某些儀表、機(jī)外傳感器部分的結(jié)冰形態(tài)、結(jié)冰容限及其防、除冰技術(shù)的特殊風(fēng)洞。獲得所要求直徑的水滴是冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中研究過冷大水滴結(jié)冰機(jī)理的關(guān)鍵步驟。飛機(jī)結(jié)冰的位置、范圍以及結(jié)冰量、結(jié)冰形狀等嚴(yán)重影響飛行性能的特征參數(shù)受大氣中過冷水滴與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大小、水滴尺寸、溫度等參數(shù)的影響；冰風(fēng)洞是主要用來模擬飛機(jī)結(jié)冰的地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，冰風(fēng)洞中流動(dòng)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(chǎn)生，為防止噴嘴出口凍堵，往往液態(tài)水需要加溫后再由噴嘴霧化噴
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(yùn)動(dòng)過程中伴隨著熱質(zhì)交換，其大小、形狀、速度及溫度等參數(shù)都隨之發(fā)生變化，而大水滴的動(dòng)力參數(shù)和熱力參數(shù)都會(huì)對(duì)最后的冰形和在機(jī)翼上結(jié)冰位置有著直接或間接地影響。目前，應(yīng)用在冰風(fēng)洞中的水滴發(fā)生器(噴嘴)由于一次性產(chǎn)生的水滴較多，且水滴直徑大小不一，在水滴的運(yùn)動(dòng)過程中又存在發(fā)生碰撞聚合、形變等不確定因素，無法準(zhǔn)確獲取水滴在運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)力和熱力參數(shù)的變化，因此，獲得已知直徑大小的單個(gè)或多個(gè)水滴、追蹤水滴在運(yùn)動(dòng)過程中的參數(shù)變化，成為結(jié)冰機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究的關(guān)鍵步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微型水滴發(fā)生器，該水滴發(fā)生器通過第一壓電振動(dòng)器來產(chǎn)生單滴水滴，第二壓電振動(dòng)器來產(chǎn)生多滴水滴；該水滴發(fā)生器能夠?yàn)楸L(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提供直徑> 50微米的水滴，為研究水滴在高速運(yùn)動(dòng)過程中形變、破碎、溫度和速度的變化以及對(duì)機(jī)翼的撞擊特性等提供幫助。本發(fā)明是一種微型水滴發(fā)生器，該水滴發(fā)生器包括有頂蓋(1)、中部殼體O)、底蓋(3)、第一壓電振動(dòng)器G)、第二壓電振動(dòng)器(5)、針頭夾具(6)、針頭(6A)、引水管(6B)、 密封圈(7)、套筒⑶；套筒⑶為硅膠材料，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(shè)有外圓環(huán)(12)、內(nèi)圓臺(tái) (13)，外圓環(huán)(12)與內(nèi)圓臺(tái)(13)之間是凹槽(14)；該凹槽(14)用于放置中部殼體(2)的凸臺(tái)(24)；外圓環(huán)(12)上設(shè)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(shí)現(xiàn)頂蓋(1)與中部殼體(2)上端的連接；該圓形槽(122)用于引水管(6B)穿過；內(nèi)圓臺(tái)(13)上設(shè)有D通孔(131)、E通孔(132) ；D通孔(131)與E通孔 (132)分別用于第一壓電振動(dòng)器⑷上的正電極03)、負(fù)電極04)穿過；中部殼體O)上設(shè)有上臺(tái)體01)、下臺(tái)體02)，上臺(tái)體與下臺(tái)體02)之間是凹槽環(huán)(23)，上臺(tái)體上方設(shè)有凸臺(tái)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(tái)體的端面上設(shè)有A螺紋孔 (211)；下臺(tái)體02)的圓柱面上設(shè)有A通孔021)，該A通孔(221)用于放置第二壓電振動(dòng)器(5)；凸臺(tái)04)的圓柱面上設(shè)有B通孔041)，該B通孔(Ml)用于放置引水管(6B)；凸臺(tái)04)的內(nèi)圓柱面上設(shè)有內(nèi)圓臺(tái)042)，該內(nèi)圓臺(tái)(M2)用于支撐第一壓電振動(dòng)器；圓形通道06)用于放置套筒(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(gòu)成液體腔；底蓋(3)的上表面為光整板面(31)，底蓋(3)的下方設(shè)有錐形圓臺(tái)(32)，錐形圓臺(tái)(32)的中心設(shè)有F通孔(321)，該F通孔(321)用于放置微形針頭(6A)；底蓋(3)的外緣上設(shè)有G通孔(311)；底蓋C3)與中部殼體的下臺(tái)體0 之間套接有聚四氟乙烯密封圈(7)；第一壓電振動(dòng)器⑷包括有氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片G2)、正電極03)、負(fù)電極G4)、以及兩個(gè)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(jié)在一起，正電極G3)與負(fù)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(fù)電極04)裝配在一起構(gòu)成壓電模塊；下墊圈GB)安裝在中部殼體 (2)的內(nèi)圓臺(tái)(242)上；第二壓電振動(dòng)器( 包括有結(jié)構(gòu)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(fù)電極(54)和A電極座(57)構(gòu)成，A電極座(57)上設(shè)有兩個(gè)供正電極(5；3)、負(fù)電極(54)通過的通孔，正電極(5 與負(fù)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(fù)電極(54)分別穿過A電極座(57)上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；右壓電模塊由B壓電片(52)、 正電極(55)、負(fù)電極(56)和B電極座(58)構(gòu)成，B電極座(58)上設(shè)有兩個(gè)供正電極(55)、 負(fù)電極(56)通過的通孔，正電極(55)與負(fù)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(duì)稱粘接在套筒⑶上；正電極65)、負(fù)電極(56)分別穿過B電極座(58)上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；A電極座(57)與B電極座(58)的結(jié)構(gòu)相同，A壓電片(51)與B壓電片(52) 結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)成錐形通道(61)，針頭夾具(6)的下方用于安裝針頭(M)0本發(fā)明水滴發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)在于①采用第一壓電振動(dòng)器4與第二壓電振動(dòng)器5的組合形式，通過選擇性的接通第一壓電振動(dòng)器4與第二壓電振動(dòng)器5，然后通過調(diào)整頻率發(fā)生器的電壓幅值和頻率，即可獲得單個(gè)或多個(gè)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?qū)崿F(xiàn)對(duì)精密針頭6A出射的液滴的直徑大小調(diào)節(jié)。③本發(fā)明設(shè)計(jì)的水滴發(fā)生器便于研究水滴在高速流動(dòng)過程中的動(dòng)力和熱力學(xué)參數(shù)變化。④本發(fā)明設(shè)計(jì)的水滴發(fā)生器通過選擇第一壓電振動(dòng)器4與第二壓電振動(dòng)器5的工作方式能夠完成單個(gè)或多個(gè)微型水滴的產(chǎn)生，并且水滴發(fā)生器的結(jié)構(gòu)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(tái)
電極
線
電極
線
水管
圖1是本發(fā)明微型水滴發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖。 圖IA是本發(fā)明微型水滴發(fā)生器另一視角的結(jié)構(gòu)圖。 圖IB是本發(fā)明微型水滴發(fā)生器的等軸剖視圖。 圖IC是本發(fā)明微型水滴發(fā)生器的分解圖。 圖2是本發(fā)明中部殼體的結(jié)構(gòu)圖。 圖2A是本發(fā)明中部殼體的主視圖。 圖2B是本發(fā)明中部殼體的A-A剖視圖。 圖3是本發(fā)明頂蓋的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明底蓋的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明微型水滴發(fā)生器與貯水箱、頻率發(fā)生器連接示意圖。 1.頂蓋11.平整板面12.外圓環(huán) 121. C通孔
13.內(nèi)圓臺(tái)
21.上臺(tái)體
23.凹槽環(huán)
26.圓形通道
321. F通孔
44.負(fù)電極
5.第二壓電振動(dòng)器
55.正電極
5B. B導(dǎo)線
131. D通孔 211. A螺紋孔 24.凸臺(tái) 3.底蓋
132. E通孔 22.下臺(tái)體 241. B通孔 31.平整板面
4.第一壓電振動(dòng)器41.壓電片 4A.上墊圈4B.下墊圈
51. A壓電片 56.負(fù)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(nèi)圓臺(tái) 311. G通孔 42.銅片 4C. A導(dǎo)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(dǎo) 54.負(fù) 5Α· A 導(dǎo) 6B.引
6C.軟管7.密封圈8.套筒8A.上套圈 8B.下
套圈
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖1、圖1A、圖1B、圖IC所示，本發(fā)明的一種微型水滴發(fā)生器，該水滴發(fā)生器包括有頂蓋1、中部殼體2、底蓋3、第一壓電振動(dòng)器4、第二壓電振動(dòng)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(nèi)，且套筒8內(nèi)設(shè)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(shè)有外圓環(huán)12、內(nèi)圓臺(tái)13，外圓環(huán)12與內(nèi)圓臺(tái)13之間是凹槽14。凹槽14內(nèi)放置中部殼體2的凸臺(tái)24，卡合在外圓環(huán)12與內(nèi)圓臺(tái)13之間的凸臺(tái)對(duì)，能夠?qū)崿F(xiàn)頂蓋1與中部殼體2上端之間的裝配密封。外圓環(huán)12上設(shè)有C通孔121、圓形槽122 ；C通孔121用于螺釘穿過實(shí)現(xiàn)與中部殼體2的上臺(tái)體21上的A螺紋孔211連接。圓形槽122用于引水管6B穿過。內(nèi)圓臺(tái)13上設(shè)有D通孔131、E通孔132 ；該D通孔131用于第一壓電振動(dòng)器4的負(fù)電極44穿過，該E 通孔132用于第一壓電振動(dòng)器4的正電極43穿過。在本發(fā)明中，頂蓋1采用不銹鋼材料加工。(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(shè)有上臺(tái)體21、 下臺(tái)體22，上臺(tái)體21與下臺(tái)體22之間是凹槽環(huán)23，上臺(tái)體21上方設(shè)有凸臺(tái)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(tái)體21的端面上設(shè)有A螺紋孔211，該A螺紋孔211用于與頂蓋1上的通孔配合，在螺釘為連接件下實(shí)現(xiàn)將頂蓋1與中部殼體2的上方安裝在一起。下臺(tái)體22的圓柱面上設(shè)有A通孔221，該A通孔221用于放置第二壓電振動(dòng)器5。 在本發(fā)明中，A通孔221設(shè)置在中部殼體2的X軸向上，使得第二壓電振動(dòng)器5在加載脈沖頻率(頻率發(fā)生器提供)條件下，套筒8受到Y(jié)軸向的脈沖壓力，此時(shí)錐形通道25內(nèi)的水在所述脈沖壓力下由精密針頭6A噴射出。參見圖2A所示，凹槽環(huán)23的設(shè)計(jì)方便了水滴發(fā)生器在使用時(shí)的固定方便。凸臺(tái)M的圓柱面上設(shè)有B通孔M1，該B通孔241用于放置引水管6B ；凸臺(tái)M的內(nèi)圓柱面上設(shè)有內(nèi)圓臺(tái)M2，該內(nèi)圓臺(tái)242用于支撐第一壓電振動(dòng)器4。參見圖2B所示，錐形通道25用于儲(chǔ)存水。圓形通道沈用于放置套筒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和圓形通道沈用于存儲(chǔ)部分水(貯水箱提供的水)，在進(jìn)行水滴噴射時(shí)錐形通道25和圓形通道沈構(gòu)成本發(fā)明水滴發(fā)生器的液體腔。在本發(fā)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(nèi)，參見圖2B、圖5所示。在頻率發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)作用下，第一壓電振動(dòng)器在液體腔中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射；第二壓電振動(dòng)器5產(chǎn)生彎曲振動(dòng)與液體腔中的水相互作用產(chǎn)生壓力波，使得精密針頭6A出口處產(chǎn)生連續(xù)的等直徑水滴。在本發(fā)明中，中部殼體2采用不銹鋼材料加工。(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(shè)有錐形圓臺(tái)32，錐形圓臺(tái)32的中心設(shè)有F通孔321，該F通孔321用于放置微形針頭6A ；底蓋3的外緣上設(shè)有G通孔311，該G通孔311用于螺釘穿過實(shí)現(xiàn)與中部殼體2的下臺(tái)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(tái)32、以及錐形圓臺(tái)32中心的F通孔321設(shè)計(jì)，充分考慮了在使用過程中，避免了在水滴產(chǎn)生過程中高速氣流的干擾。在本發(fā)明中，底蓋3與中部殼體2的下臺(tái)體22之間套接有聚四氟乙烯密封圈7，該密封圈7能夠?qū)λ伟l(fā)生器內(nèi)流動(dòng)的水起到密封的作用。在本發(fā)明中，底蓋3采用不銹鋼材料加工。(四)第一壓電振動(dòng)器4 參見圖1、圖1B、圖IC所示，第一壓電振動(dòng)器4包括有氧化鋰鈮壓電片41和薄銅片42、正電極43、負(fù)電極44、以及兩個(gè)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(jié)在一起，正電極43與負(fù)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(fù)電極44裝配在一起構(gòu)成壓電模塊。下墊圈4B安裝在中部殼體2的內(nèi)圓臺(tái)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(fù)電極44上套有絕緣膜。正電極43穿過頂蓋1的E通孔132，負(fù)電極 44穿過頂蓋1的D通孔131。正電極43通過A導(dǎo)線4C連接在頻率發(fā)生器正極端，負(fù)電極 44通過B導(dǎo)線4D連接在頻率發(fā)生器負(fù)極端。上墊圈4A、下墊圈4B采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯材料具有極低的表面張力和表面摩擦力，耐酸堿，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)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采用的氧化鋰鈮單晶材料具有高機(jī)電耦合及極低的聲波衰減系數(shù)，容易激發(fā)高頻表面聲波，是用來制作表面聲波組件的最佳材料。在本發(fā)明中，第一壓電振動(dòng)器4的兩個(gè)電極(兩個(gè)電極上通過導(dǎo)線與頻率發(fā)生器連接)來接收外部頻率發(fā)生器提供的數(shù)據(jù)脈沖序列，當(dāng)頻率發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)作用到第一壓電振動(dòng)器4上時(shí)，從而引起第一壓電振動(dòng)器4動(dòng)作。在本發(fā)明中，第一壓電振動(dòng)器4在頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率f條件下，產(chǎn)生的單
個(gè)水滴的直徑為仏=^\d2-V/f，d表示微型針頭的內(nèi)直徑(單位m)，ν表示水的射流速度
(單位m/s)，f表示頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率。在施加的電壓脈沖的作用下，壓電模塊在液體腔(即錐形通道2 中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射。在本發(fā)明中，在頻率發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)作用下，第一壓電振動(dòng)器4在液體腔中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射。
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(五)第二壓電振動(dòng)器5參見圖1、圖1B、圖IC所示，第二壓電振動(dòng)器5包括有結(jié)構(gòu)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(fù)電極M和A電極座57構(gòu)成，A電極座 57上設(shè)有兩個(gè)供正電極53、負(fù)電極M通過的通孔，正電極53與負(fù)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(fù)電極M分別穿過A 電極座57上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；右壓電模塊由B壓電片52、正電極陽、負(fù)電極56和B電極座58構(gòu)成，B電極座58上設(shè)有兩個(gè)供正電極55、負(fù)電極56通過的通孔，正電極陽與負(fù)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(duì)稱粘接在套筒8上；正電極55、負(fù)電極56分別穿過B電極座58上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；A電極座57與B電極座58的結(jié)構(gòu)相同，采用聚四氟乙烯加工成帶孔的圓柱結(jié)構(gòu)，A壓電片51與B壓電片52結(jié)構(gòu)相同。右壓電模塊中的正電極55通過A導(dǎo)線5A連接在頻率發(fā)生器正極端，負(fù)電極56通過B導(dǎo)線5B連接在頻率發(fā)生器負(fù)極端。依據(jù)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(dǎo)線 (圖中未示出)連接在頻率發(fā)生器正極端，負(fù)電極M通過D導(dǎo)線(圖中未示出)連接在頻率發(fā)生器負(fù)極端。在本發(fā)明中，第二壓電振動(dòng)器5在頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率.f條件下，產(chǎn)生的多個(gè)水滴的直徑為/^=317><[坌]3，0表示引水管6B的進(jìn)水量(單位cm7min)，f表示頻
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率發(fā)生器提供的脈沖頻率。多個(gè)水滴的產(chǎn)生是指發(fā)生器中的液體在壓電片所產(chǎn)生的壓力作用下以射流的形式流出噴口，然后由于射流液柱表面毛細(xì)波的增長，最終斷裂為一串單個(gè)的液滴。在本發(fā)明中，第一壓電振動(dòng)器4設(shè)置在水滴發(fā)生器的Y軸向上(如圖1所示)，第二壓電振動(dòng)器5設(shè)置在水滴發(fā)生器的X軸向上(如圖1所示)，通過分別選擇這兩個(gè)振動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)中部殼體2中的水，使得從針頭6A噴射出的水滴為單個(gè)或者連續(xù)多個(gè)。(六)套筒8參見圖1B、圖IC所示，套筒8內(nèi)部的上端套接有上套圈8A，套筒8內(nèi)部的下端套接有下套圈8B。套筒8采用硅膠材料加工。該材料具有超疏水性能，較低的表面能和表面張力。由于套筒8為軟質(zhì)，故用上套圈8A和下套圈8B實(shí)現(xiàn)將套筒8安裝在錐形通道25的圓形通道內(nèi)，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(nèi)壁之間的密封。上套圈8A和下套圈8B采用聚四氟乙烯材料加工。 在本發(fā)明中，第二壓電振動(dòng)器5中的A壓電片51與B壓電片52對(duì)稱粘接在套筒8 上，在加載頻率發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)條件下，套筒8會(huì)隨著頻率產(chǎn)生擠壓錐形通道25和圓形通道沈內(nèi)的水。(七)密封圈7密封圈7采用聚四氟乙烯材料加工，密封圈7置于中部殼體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(shè)計(jì)成錐形通道61，針頭夾具6的下方用于安裝針頭6A。錐形通道61有利于水滴產(chǎn)生過程中減小水與錐形面之間的粘性阻力。針頭夾具6采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?cè)韺?duì)其經(jīng)過鍍氟處理，這樣可以大大降低針頭6A內(nèi)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(shí)采用一聚四氟乙烯密封墊圈進(jìn)行卡緊。在本發(fā)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)。微型針頭采用東莞市依立創(chuàng)點(diǎn)膠設(shè)備有限公司生產(chǎn)的精密針頭。通過更換針頭可實(shí)現(xiàn)對(duì)水滴直徑大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。(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(nèi)徑為1. 5mm。本發(fā)明是一種適用于模擬機(jī)翼結(jié)冰的地面風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)用的微型水滴發(fā)生器，該水滴發(fā)生器的連接關(guān)系為中部殼體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(nèi)安裝有套筒8 ；中部殼體2上方的內(nèi)圓臺(tái)242支撐起第一壓電振動(dòng)器4，中部殼體2中部的A通孔221內(nèi)安裝有第二壓電振動(dòng)器5 ；底蓋3 下方的F通孔321內(nèi)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(fā)明是一種適用于模擬機(jī)翼結(jié)冰的地面冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)用的微型水滴發(fā)生器，操作該水滴發(fā)生器產(chǎn)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(dǎo)線4C、B導(dǎo)線4D使第一壓電振動(dòng)器4與頻率發(fā)生器導(dǎo)通；(C)通過A導(dǎo)線5A、B導(dǎo)線5B、C導(dǎo)線、D導(dǎo)線使第二壓電振動(dòng)器5與頻率發(fā)生器導(dǎo)通；(D)選取第一壓電振動(dòng)器4工作時(shí)，調(diào)節(jié)頻率發(fā)生器輸出的電壓為40 60V、頻率范圍35 50Hz ；則水滴發(fā)生器產(chǎn)生單個(gè)水滴；(E)選取第二壓電振動(dòng)器5工作時(shí)，調(diào)節(jié)頻率發(fā)生器輸出的電壓為2. 5 5V、頻率范圍0. 4 IMHz ；則水滴發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)多個(gè)等直徑的水滴。
權(quán)利要求
1. 一種微型水滴發(fā)生器，其特征在于該水滴發(fā)生器包括有頂蓋(1)、中部殼體O)、底蓋(3)、第一壓電振動(dòng)器G)、第二壓電振動(dòng)器(5)、針頭夾具(6)、針頭(6A)、引水管(6B)、 密封圈(7)、套筒⑶；套筒⑶為硅膠材料，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(shè)有外圓環(huán)(12)、內(nèi)圓臺(tái)(13)， 外圓環(huán)(12)與內(nèi)圓臺(tái)(13)之間是凹槽(14)；該凹槽(14)用于放置中部殼體(2)的凸臺(tái) (24)；外圓環(huán)(12)上設(shè)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(shí)現(xiàn)頂蓋(1)與中部殼體( 上端的連接；該圓形槽(12 用于引水管 (6B)穿過；內(nèi)圓臺(tái)(13)上設(shè)有D通孔(131)、E通孔(132) ；D通孔(131)與E通孔(132) 分別用于第一壓電振動(dòng)器⑷上的正電極G3)、負(fù)電極04)穿過；中部殼體(2)上設(shè)有上臺(tái)體、下臺(tái)體02)，上臺(tái)體與下臺(tái)體02)之間是凹槽環(huán)(23)，上臺(tái)體上方設(shè)有凸臺(tái)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(tái)體的端面上設(shè)有A螺紋孔011)； 下臺(tái)體0 的圓柱面上設(shè)有A通孔021)，該A通孔(221)用于放置第二壓電振動(dòng)器(5)； 凸臺(tái)(24)的圓柱面上設(shè)有B通孔(對(duì)1)，該B通孔(241)用于放置引水管(6B)；凸臺(tái)(24) 的內(nèi)圓柱面上設(shè)有內(nèi)圓臺(tái)042)，該內(nèi)圓臺(tái)(M2)用于支撐第一壓電振動(dòng)器；圓形通道 (26)用于放置套筒(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(gòu)成液體腔；底蓋(3)的上表面為光整板面(31)，底蓋(3)的下方設(shè)有錐形圓臺(tái)(32)，錐形圓臺(tái) (32)的中心設(shè)有F通孔(321)，該F通孔(321)用于放置微形針頭(6A)；底蓋(3)的外緣上設(shè)有G通孔(311)；底蓋C3)與中部殼體的下臺(tái)體0 之間套接有聚四氟乙烯密封圈(7)；第一壓電振動(dòng)器(4)包括有氧化鋰鈮壓電片Gl)和薄銅片(42)、正電極(43)、負(fù)電極G4)、以及兩個(gè)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(jié)在一起，正電極 (43)與負(fù)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(fù)電極04)裝配在一起構(gòu)成壓電模塊；下墊圈GB)安裝在中部殼體的內(nèi)圓臺(tái)(242)上；第二壓電振動(dòng)器( 包括有結(jié)構(gòu)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(fù)電極(54)和A電極座(57)構(gòu)成，A電極座(57)上設(shè)有兩個(gè)供正電極(5；3)、負(fù)電極(54)通過的通孔，正電極(5 與負(fù)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(fù)電極(54)分別穿過 A電極座(57)上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；右壓電模塊由B壓電片(52)、正電極(55)、負(fù)電極(56)和B電極座(58)構(gòu)成，B電極座(58)上設(shè)有兩個(gè)供正電極(55)、負(fù)電極(56)通過的通孔，正電極(55)與負(fù)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(duì)稱粘接在套筒 (8)上；正電極(55)、負(fù)電極(56)分別穿過B電極座(58)上的兩個(gè)通孔后，與外部的頻率發(fā)生器連接；A電極座(57)與B電極座(58)的結(jié)構(gòu)相同，A壓電片(51)與B壓電片(52) 結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)成錐形通道(61)，針頭夾具(6)的下方用于安裝針頭(6A)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于A通孔(221)設(shè)置在中部殼體(2)的X軸向上，使得第二壓電振動(dòng)器( 在頻率發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)條件下，套筒(8) 受到Y(jié)軸向的脈沖壓力，此時(shí)錐形通道0 內(nèi)的水在所述脈沖壓力下由精密針頭(6A)噴射出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于頂蓋(1)、中部殼體( 、底蓋(3)均采用不銹鋼材料加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于第一壓電振動(dòng)器(4)在頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率f條件下，產(chǎn)生的單個(gè)水滴的直徑為Ζ), =，d表示微型針頭的內(nèi)直徑(單位m)，ν表示水的射流速度(單位m/s)，f表示頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率。在施加的電壓脈沖的作用下，壓電模塊在液體腔中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于第二壓電振動(dòng)器( 在頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率f條件下，產(chǎn)生的多個(gè)水滴的直徑為= 317』坌]3，Q表示引水管L/」6B的進(jìn)水量(單位cm7min)，f表示頻率發(fā)生器提供的脈沖頻率。多個(gè)水滴的產(chǎn)生是指發(fā)生器中的液體在壓電片所產(chǎn)生的壓力作用下以射流的形式流出噴口，然后由于射流液柱表面毛細(xì)波的增長，最終斷裂為一串單個(gè)的液滴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于在頻率發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)作用下，第一壓電振動(dòng)器(4)在液體腔中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于在頻率發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)作用下，第二壓電振動(dòng)器( 產(chǎn)生彎曲振動(dòng)與液體腔中的水相互作用產(chǎn)生壓力波，使得精密針頭(6A)出口處產(chǎn)生連續(xù)的等直徑水滴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型水滴發(fā)生器，其特征在于針頭(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(fā)明公開了一種微型水滴發(fā)生器，該水滴發(fā)生器用于實(shí)現(xiàn)在地面冰風(fēng)洞中產(chǎn)生單個(gè)或是多個(gè)水滴，為研究水滴在高速運(yùn)動(dòng)過程中形變、破碎、溫度和速度的變化以及對(duì)機(jī)翼的撞擊特性等提供幫助。該水滴發(fā)生器的設(shè)計(jì)是基于Rayleigh不穩(wěn)定原理的。本發(fā)明的水滴發(fā)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(fā)生器提供的脈沖信號(hào)作用下，第一壓電振動(dòng)器在液體腔中產(chǎn)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(chǎn)生單個(gè)液滴噴射；第二壓電振動(dòng)器產(chǎn)生彎曲振動(dòng)與液體相互作用產(chǎn)生壓力波，使得精密針頭出口處產(chǎn)生連續(xù)的等直徑水滴。
文檔編號(hào)G01M9/00GK102419246SQ20111024396
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者劉朝陽, 常士楠, 楊波, 王超 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)