低频弯振超声雾化喷头的研制及应用分析

周飞

摘要：为了在实际的操作过程中克服雾化栽培的过程中高频超声雾化器所出现的问题，本文提出了一种新的低频超声雾化器的结构，通过相关的理论分析对雾化喷头的相关尺寸进行了确定和构造，这样就建立起了一个喷头三维参数化的相关模型，之后对相关的模型进行仔细的分析，这样就确定了相关的工作频率，这样的试验就在一定程度上验证了模型分析的正确性，应用相位多普勒测量（PDPA/PDA）技术对相关的低频超声雾化器雾化效果做进一步的测量工作，之后通过对测量的结果进行仔细的分析，可以发现，体积中径小于5μm的细小雾滴占据了大约百分之二十二左右，这就说明了可以产生超细雾滴，这样就进一步地满足了雾化栽培的实际需求，雾化的试验结果还表明了这一雾化喷头具备雾化量比较大，作业工作时间比较长以及效率高等优势，这是一种在雾化栽培过程中得到了实际应用效果的新型雾化喷头。

关键词 低频弯振;超声雾化喷头;研制;应用分析

前言：

雾化栽培也被称之为气雾培，具体指的是让植物的根系可以离开水和基质，这是一种可以应用在农业生产过程中的一种新型栽培技术，雾化栽培是一种比其他的技术更加能让生长变快、管理变得更加方便、以及成本投入比较小的方式，在农业生产中是一种非常关键的栽培方式。

一、低频超声雾化喷头设计及仿真

以往的超声雾化技术采用的是电子高频振荡原理，主要是通过超声波上高频率的震荡来产生电流，并进一步的产生高频电能信号，之后再通过相关的患能器转换为超声波。在超声波出现之后可以通过相关的雾化介质进行传播，在气液的界面处可以慢慢地形成一种表面的张力波，在超声空话化作用的影响下就能将液体分子进行破坏，这样就会形成一种比较细小的雾滴，从而就实现了液体的雾化。一般来说，工作频率一旦大于了1 MHz就可以被认定是高频[1]。

高频雾化器在实际的应用过程中存在着一些问题：首先，雾化量是比较小的，这是因为这一型号的雾化器的换能器机构是一种薄片，这样就会实现一个比较大的功率，从而就在一定程度上限制住了雾化量，如果说要进一步地加大雾化量，就需要结合实际情况不断地增加雾化器的数量，但是，这样就会造成成本的增加。其次，超声换能器的可靠性是比较差的，这是因为金属薄片会在长时间的工作下会出现高频振动的情况，这样就会出现疲劳断裂的情况。此外，雾滴的大小是不能结合实际情况进行调节的，这样就会导致不能结合实际情况研究根系生长和营养雾滴大小的关系，这一型号的雾化器的雾滴大小计算公式主要如下：D=0.34（8πT/ρf2）1/3. 通过仔细地观察这一公式我们可以看出，只要工作频率是确定的，那么雾滴的大小也随之确定了;但是如果是雾化器的工作频率是確定的，雾化的大小就不可以调节了。在这一公式中，r表示的是表面的张力系数;P表示的是液体的密度;f表示的是声波的频塞。最后，这一雾化器难以产生超细的雾滴，根据相关的计算结果可以指导，要想产生1μm的雾滴，就需要设备换能器的厚度达到0.3mm，但是这一厚度在实际的制作过程中，存在着非常大的问题，需要仔细地考虑和强度相关的因素[2]。

二、结构设计

雾化喷嘴一般是由超声换能器以及变幅杆这两部分做成的。换能器一般是用于在实际操作中实现机械能与电能的相互转换，换能器往往是由轴向极化的压电陶瓷圆环、等截面圆柱体形状的前后金属盖板等组件构成的，变幅杆采用的是圆锥形过渡的阶梯形变幅杆，主要的作用是进一步的增大换能器振动表面的振幅，这样可以进一步的提升整个振动系统的前后振速比，需要仔细的考虑到28 kHz的超声驱动电路在市场上是比较常见的，为了进一步的降低研发的实际成本，可以选择超声换能器的谐振频率为28 kHz，还需要选择圆环形的压电陶瓷4片，前后盖板的外径一般为35毫米[3]。

三、结论

第一，低频超声雾化器的雾化量是比较大的，这是因为这一雾化喷头采用的是一种夹心的结构，功率得到了提升，这也就能从一定程度上实现最大的雾化效果;第二，低频超声雾化器具备比较高的可靠性，在具体的试验过程中可以工作4个小时以上，这是因为金属薄片和高频的震荡雾化器相比较来说，结构的可靠性会极大地提高。第三，工作频率为28 kHz的低频超声雾化器中所产生的雾滴体积中径为47.2μm，体积中径小于5μm的超细雾滴占据了大约百分之二十二左右，这就说明了可以产生超细的雾滴，能够进一步的满足雾化栽培的实际需求，到那时由于超细雾滴的占比是比较小的，这就需要对雾滴做好二次雾化的工作。

参考文献：

[1]徐强.E类谐振逆变低频超声雾化喷头驱动电路研制[D].江苏：江苏大学，2016. DOI：10.7666/d.D01002516.

[2]高建民，陆岱鹏，刘昌鑑，等.微型指数振子低频超声雾化喷头的研制及喷雾试验[J].农业工程学报，2014，（4）：40-46. DOI：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.04.006.

[3]王中旺，汪帮富，曹洋，等.聚焦超声雾化栽培喷头设计及工作频率对雾化效果的影响研究[J].机床与液压，2018，46（18）：18-23. DOI：10.3969/j.issn.1001-3881.2018.18.003.

湖北工业大学