论文部分内容阅读
气雾培具有其他任何一种栽培模式所不能比拟的优势,特别是在植物生长潜能发挥上,可以让植物处于一种最佳的根域状态下进行生长发育。雾化喷头作为气雾培系统的关键核心部件,其性能直接影响气雾培的效果。超声雾化器因为其结构简单、雾化效果极佳(雾滴极细并且分布均匀),并且可以实现对营养液的超声灭菌作用,是最有发展前景的一种雾化器。高频超声雾化器产生的雾滴粒径一般约在3～10μm左右,由于其雾滴大小不可调、雾化量不稳定、可靠性低以及成本高的缺点限制了其在气雾培中的广泛应用。虽然低频超声雾化喷头具有雾化量大而稳定、可靠性高和成本低等优点,但其产生的雾滴较粗(30～100μm左右),雾滴大小不可调,难以满足气雾培的需要。
为使气雾培中超声雾化喷头的雾化量大、可靠性高、雾滴大小可调、容易产生超细雾滴以及实现低成本,高建民博士提出了基于聚焦式超声悬浮的低频超声二次雾化原理:在聚焦式超声悬浮声场中,雾滴在超声雾化面经过第一次雾化后,与悬浮金属钢球发生碰撞,产生二次雾化,再由超声雾化面与金属钢球之间的间隙挤出,因此雾滴更细小、均匀。为了更好的实现气雾培中营养液雾滴的低频超声二次雾化,本文开展了基于聚焦式超声悬浮的低频超声二次雾化的声悬浮机理研究。
采用数值模拟的方法,应用ANSYS的VOF程序对喷头的雾化过程进行了模拟。分析的结果动画显示了雾滴产生的全过程,在理论上证明了基于聚焦式低频超声雾化喷头能够产生雾滴。是对二次雾化原理的一次验证。为进一步设计制造雾化喷头提供了理论指导。
为研究声悬浮的悬浮机理,建立了整个声悬浮系统的三维有限元模型；在声固耦合有限元理论的基础上,利用显式动力学软件LS—DYNA对其进行了求解,对仿真结果进行了分析。通过高速摄影试验,证实金属球在声场中产生了转动运动。仿真分析结果表明:在二次雾化过程中,金属球被悬浮起来,并产生了转动运动；金属球的悬浮高度与雾化面的振幅有关,振幅越小,金属球的悬浮高度、腔体体积就越小,且稳定状态下悬浮高度的波动范围也越小。雾滴直径的均匀性是由悬浮间隙的波动大小所决定的,当喷头的振幅越小,稳定状态下金属球的悬浮高度的波动范围越小,雾滴的均匀性就越好。
用图像处理的方法对采集的雾滴进行了测量,测量结果表明:当低频超声雾化喷头上所悬浮的球体质量不同时,所喷出的雾滴大小也不同,球体质量(密度)越大,产生的雾滴直径越小,反之,球体的质量(密度)越小,产生的雾滴直径就越大。