周飛

摘要：為了在實(shí)際的操作過(guò)程中克服霧化栽培的過(guò)程中高頻超聲霧化器所出現(xiàn)的問(wèn)題，本文提出了一種新的低頻超聲霧化器的結(jié)構(gòu)，通過(guò)相關(guān)的理論分析對(duì)霧化噴頭的相關(guān)尺寸進(jìn)行了確定和構(gòu)造，這樣就建立起了一個(gè)噴頭三維參數(shù)化的相關(guān)模型，之后對(duì)相關(guān)的模型進(jìn)行仔細(xì)的分析，這樣就確定了相關(guān)的工作頻率，這樣的試驗(yàn)就在一定程度上驗(yàn)證了模型分析的正確性，應(yīng)用相位多普勒測(cè)量（PDPA/PDA）技術(shù)對(duì)相關(guān)的低頻超聲霧化器霧化效果做進(jìn)一步的測(cè)量工作，之后通過(guò)對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，體積中徑小于5μm的細(xì)小霧滴占據(jù)了大約百分之二十二左右，這就說(shuō)明了可以產(chǎn)生超細(xì)霧滴，這樣就進(jìn)一步地滿足了霧化栽培的實(shí)際需求，霧化的試驗(yàn)結(jié)果還表明了這一霧化噴頭具備霧化量比較大，作業(yè)工作時(shí)間比較長(zhǎng)以及效率高等優(yōu)勢(shì)，這是一種在霧化栽培過(guò)程中得到了實(shí)際應(yīng)用效果的新型霧化噴頭。

關(guān)鍵詞?低頻彎振;超聲霧化噴頭;研制;應(yīng)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(kāi)水和基質(zhì)，這是一種可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一種新型栽培技術(shù)，霧化栽培是一種比其他的技術(shù)更加能讓生長(zhǎng)變快、管理變得更加方便、以及成本投入比較小的方式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是一種非常關(guān)鍵的栽培方式。

一、低頻超聲霧化噴頭設(shè)計(jì)及仿真

以往的超聲霧化技術(shù)采用的是電子高頻振蕩原理，主要是通過(guò)超聲波上高頻率的震蕩來(lái)產(chǎn)生電流，并進(jìn)一步的產(chǎn)生高頻電能信號(hào)，之后再通過(guò)相關(guān)的患能器轉(zhuǎn)換為超聲波。在超聲波出現(xiàn)之后可以通過(guò)相關(guān)的霧化介質(zhì)進(jìn)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(jìn)行破壞，這樣就會(huì)形成一種比較細(xì)小的霧滴，從而就實(shí)現(xiàn)了液體的霧化。一般來(lái)說(shuō)，工作頻率一旦大于了1 MHz就可以被認(rèn)定是高頻[1]。

高頻霧化器在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中存在著一些問(wèn)題：首先，霧化量是比較小的，這是因?yàn)檫@一型號(hào)的霧化器的換能器機(jī)構(gòu)是一種薄片，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(shuō)要進(jìn)一步地加大霧化量，就需要結(jié)合實(shí)際情況不斷地增加霧化器的數(shù)量，但是，這樣就會(huì)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?yàn)榻饘俦∑瑫?huì)在長(zhǎng)時(shí)間的工作下會(huì)出現(xiàn)高頻振動(dòng)的情況，這樣就會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂的情況。此外，霧滴的大小是不能結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這樣就會(huì)導(dǎo)致不能結(jié)合實(shí)際情況研究根系生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)霧滴大小的關(guān)系，這一型號(hào)的霧化器的霧滴大小計(jì)算公式主要如下：D=0.34（8πT/ρf2）1/3.?通過(guò)仔細(xì)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(diào)節(jié)了。在這一公式中，r表示的是表面的張力系數(shù);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(chǎn)生超細(xì)的霧滴，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以指導(dǎo)，要想產(chǎn)生1μm的霧滴，就需要設(shè)備換能器的厚度達(dá)到0.3mm，但是這一厚度在實(shí)際的制作過(guò)程中，存在著非常大的問(wèn)題，需要仔細(xì)地考慮和強(qiáng)度相關(guān)的因素[2]。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shí)際操作中實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換，換能器往往是由軸向極化的壓電陶瓷圓環(huán)、等截面圓柱體形狀的前后金屬蓋板等組件構(gòu)成的，變幅桿采用的是圓錐形過(guò)渡的階梯形變幅桿，主要的作用是進(jìn)一步的增大換能器振動(dòng)表面的振幅，這樣可以進(jìn)一步的提升整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的前后振速比，需要仔細(xì)的考慮到28 kHz的超聲驅(qū)動(dòng)電路在市場(chǎng)上是比較常見(jiàn)的，為了進(jìn)一步的降低研發(fā)的實(shí)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(huán)形的壓電陶瓷4片，前后蓋板的外徑一般為35毫米[3]。

三、結(jié)論

第一，低頻超聲霧化器的霧化量是比較大的，這是因?yàn)檫@一霧化噴頭采用的是一種夾心的結(jié)構(gòu)，功率得到了提升，這也就能從一定程度上實(shí)現(xiàn)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(yàn)過(guò)程中可以工作4個(gè)小時(shí)以上，這是因?yàn)榻饘俦∑透哳l的震蕩?kù)F化器相比較來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的可靠性會(huì)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(chǎn)生的霧滴體積中徑為47.2μm，體積中徑小于5μm的超細(xì)霧滴占據(jù)了大約百分之二十二左右，這就說(shuō)明了可以產(chǎn)生超細(xì)的霧滴，能夠進(jìn)一步的滿足霧化栽培的實(shí)際需求，到那時(shí)由于超細(xì)霧滴的占比是比較小的，這就需要對(duì)霧滴做好二次霧化的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐強(qiáng).E類諧振逆變低頻超聲霧化噴頭驅(qū)動(dòng)電路研制[D].江蘇：江蘇大學(xué)，2016. DOI：10.7666/d.D01002516.

[2]高建民，陸岱鵬，劉昌鑑，等.微型指數(shù)振子低頻超聲霧化噴頭的研制及噴霧試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，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(shè)計(jì)及工作頻率對(duì)霧化效果的影響研究[J].機(jī)床與液壓，2018，46（18）：18-23. DOI：10.3969/j.issn.1001-3881.2018.18.003.

湖北工業(yè)大學(xué)