基于超聲駐波技術(shù)的液滴懸浮分離方法研究.pdf

1、“內(nèi)加工”是將加工工具或加工能量聚焦于材料內(nèi)部形成新表面的加工方法，其拓寬了傳統(tǒng)“外加工”成形方法的局限性，提高了零件成形能力。超聲內(nèi)加工技術(shù)是一種無容器非接觸式“內(nèi)加工”技術(shù)，其原理是將超聲聚焦的能量輸送到坯料內(nèi)部，在能量聚焦位置將坯料融化后再輸運出去，逐步形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該技術(shù)由于其無容器非接觸且無材料屬性等特點，相比其他加工技術(shù)具有其獨特優(yōu)勢。實現(xiàn)材料的超聲內(nèi)加工迫切需要解決的一個技術(shù)難點是該如何將聚焦能量融化后形成的廢液輸運出母體

2、，而廢液要實現(xiàn)輸運首先要與母體材料進行分離，本文研究的基于超聲駐波技術(shù)的液滴懸浮分離方法，為解決這一問題提供了理論方法。
　　目前國內(nèi)外研究主要集中在對固體或者液滴的懸浮性能進行研究，比如提高懸浮力、懸浮穩(wěn)定性以及懸浮輸運等進行理論的研究，或者直接研究液滴在一定初始速度撞擊平壁的鋪展和收縮振蕩過程，但是對于在超聲駐波作用下的液滴從壁面分離過程的機理研究卻很少涉及。本文提出了液滴超聲懸浮分離的原理，分析了液滴從平壁上分離時的收縮、分

3、離、懸浮三大過程，建立了超聲駐波作用下的橢球形液滴和球缺形液滴模型，分別對模型進行了受力分析，推導出了兩種液滴模型所受的聲輻射力表達式，得出了平壁上液滴在超聲駐波輻射力作用下的動態(tài)運動數(shù)學模型，對液滴從靜態(tài)到從壁面分離的變形過程進行了理論解釋，最后設(shè)計了平壁上液滴懸浮分離試驗系統(tǒng)，進行了多組試驗并對試驗結(jié)果進行了系統(tǒng)的分析。試驗結(jié)果表明平壁上液滴在超聲駐波聲輻射力的作用下會進行收縮，并最終從壁面上分離懸浮起來。證明了液滴超聲懸浮分離數(shù)學

4、模型的正確性和技術(shù)的可行性。
　　本文主要研究內(nèi)容與成果如下：
　?。?）提出了液滴超聲懸浮分離變形原理，分析了接觸角小于90°和大于90°時液滴的分離變形過程；
　?。?）建立了平壁上液滴的橢球形和球缺形液滴模型，并分別進行受力分析，得出液滴在平壁上的動態(tài)平衡方程；
　?。?）對影響球缺形液滴的聲壓分布的參數(shù)進行了仿真分析；
　?。?）設(shè)計了平壁上液滴分離試驗系統(tǒng)，進行了多組試驗并對試驗結(jié)果進行討論分析，