多振源超声清洗能量场分布及实验研究

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超声清洗技术在现代生活中的应用越来越广泛,且有超声清洗技术延展出的超声除垢等技术在各行业都备受关注。超声清洗效果的好坏取决于超声清洗槽内的声场分布。由于驻波等因素的存在,槽内声场分布存在不均匀性,严重的会在清洗槽内形成清洗盲区,降低清洗效率。影响声场分布的因素很多,如何提高清洗槽内的声场均匀性是本文研究的重点,为了能进一步的提升清洗槽内声场的均匀性,本文在对换能器辐射声场研究的基础上,重点通过仿真和实验研究了清洗槽内的声场特性,主要研究内容如下:(1)对超声波换能器辐射声场进行了理论分析,推导出了换能器近场区和远场区的声压和声强公式,从分析结果来看,声压与距离成反比,声强与距离的平方成反比,当距离相同时,不同方向处的声压和声强也并不相等,这表明换能器辐射声场具有指向性。(2)对单个换能器在水域中的声场分布进行了仿真分析,得出了在激励频率为28k Hz下水中声压和声压级分布图,结果表明沿换能器轴线方向上的声压值较大。同时,还得到了28k Hz下换能器与水耦合界面处的声压曲线和应力曲线。(3)在COMSOL中对不同频率下清洗槽内声场分布情况进行了仿真研究,发现在超声频率较高和较低的情况下,清洗槽内的声场分布有明显区别。此外,还模拟了不同换能器排布方式和液面高度下的声压场,发现平行四边形振子排布方式下的声场均匀性比矩形换能器排布下的好。(4)分别针对换能器排布方式、液面高度和超声功率设计实验来验证对清洗槽内声压场的影响。通过观察铝箔腐蚀程度来衡量不同实验条件下的声场能量,最后与仿真结果作对比,验证结论的一致性。
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