發(fā)布時間：2019-11-03 19:21

【摘要】：在現(xiàn)有的各種懸浮技術(shù)中,超聲懸浮由于對被懸浮物沒有電磁性質(zhì)上的要求,可以懸浮起任何性質(zhì)的材料,并且沒有附加熱效應(yīng),因此被廣泛的應(yīng)用到無容器處理研究中。本文在深入研究超聲駐波懸浮理論的基礎(chǔ)上,分析了影響超聲駐波懸浮的關(guān)鍵因素,設(shè)計了一套密閉加熱超聲懸浮裝置,并對各種材料進行了懸浮和加熱實驗。首先闡述了超聲懸浮技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,分別從超聲駐波懸浮和近聲場懸浮兩個方面詳細介紹了聲懸浮技術(shù)的研究現(xiàn)狀,其中著重介紹了提高超聲懸浮性能的研究。分析了影響超聲懸浮性能的三個主要因素,分別為諧振腔的作用、介質(zhì)密度與重力水平的影響,本文主要討論溫度對超聲懸浮性能的影響,介紹了溫度在超聲懸浮中的應(yīng)用,提出了文本的主要研究內(nèi)容——設(shè)計密閉加熱超聲懸浮裝置,討論溫度變化后,超聲懸浮性能的變化。從超聲懸浮理論入手,簡述了超聲駐波的懸浮機理,分別從聲壓、聲輻射力、勢阱等方面對超聲駐波懸浮的機理進行簡述,詳細分析了被懸浮物的懸浮位置及與懸浮穩(wěn)定性之間的關(guān)系,為本文的主要研究內(nèi)容提供了理論依據(jù)。同時還分析了溫度對超聲懸浮的影響,分別從溫度對介質(zhì)密度的影響,以及溫度對聲傳播速度的影響兩方面進行討論,通過研究分析得出,當溫度增加后,在諧振間距不變的情況下會削弱聲輻射力,為后續(xù)研究與實驗提供了計算公式及理論依據(jù)。分析了傳熱的原理,為本文的加熱實驗提供新的方法。對密閉加熱超聲懸浮系統(tǒng)進行了設(shè)計與研究,此系統(tǒng)主要包括超聲懸浮部分、密封部分、電控調(diào)節(jié)部分以及加熱部分。在超聲懸浮部分中,對壓電換能器和變幅桿進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及材料選擇;對密封部分進行整體設(shè)計,重點確定了上腔體和圓柱腔的結(jié)構(gòu)及配合方式;對溫控部分進行設(shè)計,確定了本文實驗設(shè)備的加熱方式,以及整個溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成及各部分原理;設(shè)計了電控系統(tǒng),包括系統(tǒng)中各器件的工作方式,并設(shè)計了PLC的程序圖。利用ANSYS仿真軟件對超聲換能器進行流固耦合仿真,得到在不同發(fā)-反距離下的聲壓分布,并對每種發(fā)-反距離下進行不同溫度的聲壓仿真,對比三種情況下的最大聲壓值,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的增加,最大聲壓逐漸減小,通過計算增加溫度后的最大聲壓值和常溫下的最大聲壓值的差,并求出減小的百分比。搭建了密閉超聲懸浮加熱實驗測試系統(tǒng),完成了超聲懸浮裝置常溫下的懸浮實驗,得出了每種懸浮模式下的諧振距離,探討了不同模式下的功率差異;完成了超聲懸浮裝置在密閉條件下的加熱實驗,首先在同一諧振距離進行了不同溫度條件下的懸浮實驗,通過對比實驗數(shù)據(jù),得出溫度變化后諧振距離的變化情況;同時,對溫度變化后的懸浮力進行實驗研究,利用三個重力不同的物體分別對懸浮力進行測量。通過分析實驗結(jié)果,驗證了本文理論和仿真所得結(jié)論的正確性。綜上所述,本文從仿真分析和實驗研究兩個方面,完成了超聲駐波在密閉溫度場中懸浮特性的研究,得出了在諧振間距等其他因素不變的條件下,增加聲場的溫度,會削弱聲懸浮力的結(jié)論,最后針對本文設(shè)計的密閉加熱超聲懸浮裝置存在的問題,提出了改進建議和設(shè)想,為后續(xù)的研究工作奠定了基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB55

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本文編號：2555233