超声波雾化器雾滴飞行时间的分析

　　引言

　　在需要人工造雾来装饰的景区,雾化器雾滴飞行时间是一个很重要的参数,它直接影响到审美效果以及资源节约问题。目前的雾化器造雾,雾滴存在的时间都不是很长,影响雾化效果。为了让雾滴保持的时间更长,增强雾化效果,利用雾滴的物理特性,对其存在时间进行分析,推出雾滴保持时间与雾滴直径大小的关系式,得出决定雾滴存在时间的关键因素是雾滴直径这一结论。这一结论对优化雾化器的设计具有重要的价值。

　　1工作原理

　　超声波雾化器是利用电子高频振荡(振荡频率为117MHz或214MHz,超过人的听觉范围,该电子振荡对人体及动物绝无伤害),通过陶瓷雾化片的高频谐振,将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾,不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较,能源节省了十分之九。另外在雾化过程中,将释放大量的负离子,其与空气中飘浮的烟雾、粉尘等产生静电反应,使其沉淀,同时还能有效去除甲醛、CO和细菌等有害物质,使空气得到净化,减少疾病的发生。

　　整个系统可以分为间歇工作控制、水位控制、换能器、振荡器和电源变换五个功能部分。电源由变压器降压,经桥式整流、滤波后供振荡器工作。以三极管为核心的电容三点式振荡电路,它的振荡频率是压电振子的固有谐振频率117兆赫。系统中设有隔水电容,在压电振子密封不严漏水时,可使振荡电路的工作点不会改变。振荡器偏置电路为其建立工作点使振荡器工作。压电振子是一高频陶瓷片,它是电路的负载同时又是电路的自激元件。

　　2雾滴飞行时间t的计算

　　Bouse等在研究通过周期扰动喷流法来控制雾滴大小时,给出了计算雾滴的初速度公式,由其可推导出超声波雾化器的雾滴初速度公式:

　　其中v0为液面处雾滴的速度(m/s);ζ为速度系数(取0.98);p为通过液面时的压降(即为超声波的定向压强, pa)。

　　当液滴从雾化器的雾化片喷出并在液面形成雾时,若喷雾角很小,雾滴沿水平方向的速度分量可以忽略不计,在此情况下,雾滴的运动可以看成是垂直向上的运动。在运动方向上,雾滴受重力、空气阻力和浮力的作用,其中阻力及重力与运动方向相反。由牛顿第二运动定律,三力的代数和应等于雾滴质量与其加速度的乘积,即

　　其中m为雾滴质量(kg); v为雾滴运动速度(m/s);ρg为空气密度(g/m³);Fg为空气阻力(N)

　　其中C为阻力系数;A为雾滴颗粒在运动方向的投影面积(m²);对于球形颗粒:

　　将(3)式代入(2)式得