一种用于精密设备的分段式喷嘴制造技术

本发明专利技术属于液滴喷射相关装置领域，公开了一种用于精密设备的分段式喷嘴，上部喷嘴沿着液体输送的方向呈光滑收缩的腔道结构，下部喷嘴的入口与上部喷嘴的出口保持相连，并且下部喷嘴的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状。本发明专利技术通过增大入口直径与收缩直径的比例和上部喷嘴长度与下部喷嘴长度的比例，可大幅提高液滴的喷射速度；此外本发明专利技术的喷嘴出口优选设计为曲面三角形，可有效减小喷射液滴的体积；同时本发明专利技术无需复杂的外部设备，只需优化喷嘴结构，不仅可以保持设备的整体性，减小应用成本，并且不因环境的变化而影响优化效果，具有简单可靠的优点，可有效满足各类精密设备对液滴高速和微体积的要求。

A Piecewise Nozzle for Precision Equipment

The invention belongs to the field of droplet injection related devices, and discloses a sectional nozzle for precision equipment. The upper nozzle has a smooth contracting cavity structure along the direction of liquid transportation. The entrance of the lower nozzle is connected with the outlet of the upper nozzle, and the lower exit section of the lower nozzle is designed with a sharp angle. Abnormal shape. By increasing the ratio of inlet diameter to contraction diameter and the ratio of upper nozzle length to lower nozzle length, the spraying speed of droplets can be greatly increased; moreover, the optimum design of the nozzle outlet of the invention is a curved triangle, which can effectively reduce the volume of spraying droplets; at the same time, the invention does not need complicated external equipment. By optimizing the nozzle structure, not only the integrity of the equipment can be maintained, the application cost can be reduced, but also the optimization effect can not be affected by the change of the environment. It has the advantages of simplicity and reliability, and can effectively meet the requirements of high speed and micro volume of droplets for various precision equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种用于精密设备的分段式喷嘴
本专利技术属于液滴喷射相关装置领域，更具体地，涉及一种用于精密设备的分段式喷嘴。
技术介绍
液滴喷射是一种用外力迫使液体以液滴的形式从小孔中射出的技术，广泛应用于喷墨打印、微机电芯片制造以及生物制药微计量输送等方面。液滴喷射包含很多种形式，其中外接喷嘴是最普遍的一种实现微量流体输运的方法，并且根据设备和实现功能的不同，外接喷嘴的材料和尺寸也不尽相同。例如利用电流体动力学方法时，主要通过金属喷头底部形成泰勒锥来进行喷雾或液滴的喷射；或是在拉制的玻璃管外包裹压电材料，通过外部脉冲信号实现按需式液滴喷射等。目前一般采用改变外部条件如驱动脉冲信号的形状或幅度等改变喷射出液滴的速度与体积。US5726690A公开了一种通过变化驱动脉冲宽度来控制液滴体积的方法，当电印刷脉冲加热喷墨发电室电阻时，其旁边的一小部分墨水蒸发并从打印头喷出一滴液滴，通过排列的喷嘴形成点阵图案；该专利技术主要通过缩短脉冲宽度和提高加热速率的方法达到减少液滴体积的目的，但其控制条件的选取依赖于不同喷射介质及外部环境如温度等的变化，对于精密设备中对液滴高速和微体积的要求无法很好满足。为更大程度地提高液滴的喷射质量并且降低外部条件的影响，需要对喷嘴的结构进行改进，US4990939A公开了一种新型的气泡喷墨喷嘴，该专利技术通过由加热墨水的加热器形成气泡的扩张力来喷射墨滴，其中热绝缘材料的蓄热层设置在加热器内并与具有大导热率的基板相结合，使得在喷射墨滴后立即在加热器附近形成的等温线朝向墨室延伸，气泡形成后剩余的热量立即消散因此能够得到高速的响应；此专利技术通过对喷嘴结构进行改进从而提高液滴喷射的响应速度，但是该设备构造复杂并且需要进行精密控制，成本较高、应用范围较窄。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进要求，本专利技术提供了一种用于精密设备的分段式喷嘴，其中通过对喷嘴结构的改进，相应不仅可以达到减小液滴体积和提高液滴速度的效果，同时不因环境变化影响改进效果，因而尤其适用于各类精密设备的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种用于精密设备的分段式喷嘴，其特征在于，该喷嘴由上部喷嘴和下部喷嘴彼此连接而成，其中：所述上部喷嘴的入口用于与液体输送通道相连通，并且它沿着液体输送的方向呈光滑收缩的腔道结构，由此使得输送至该上部喷嘴的液体流速得以提高；所述下部喷嘴的入口与所述上部喷嘴的出口保持相连，来自所述上部喷嘴的流体经由该下部喷嘴的下端出口最终喷射出去，并进入与之相连的流动区，其中所述下部喷嘴的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状，使得每次喷射出去的液滴体积得以减小。作为进一步优选地，对于所述上部喷嘴而言，它的入口直径被设定为D，它的收缩直径被设定为d，并且该上部喷嘴的整体长度被设定为L；对于所述下部喷嘴而言，它的整体长度被设定为l，所述D/d为10/3～10，L/l为9～39；作为进一步优选地，所述下部喷嘴的下端出口截面被优选设计为曲面三角形。作为进一步优选地，所述用于精密设备的分段式喷嘴优选用于压电按需式液滴喷射设备。作为进一步优选地，所述用于精密设备的分段式喷嘴优选被设计为可自由拆卸组装的模块式结构。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过将上部喷嘴设计为光滑收缩的腔道结构，并且增大上部喷嘴的入口直径与收缩直径的比例和上部喷嘴长度与下部喷嘴长度的比例，可大幅提高液滴的喷射速度；2.此外本专利技术下部喷嘴的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状，可有效减小喷出液滴的体积，当下端出口截面被优选设计为曲面三角形时，与同样当量直径的圆形喷嘴出口相比，单液滴的体积减少了31％左右；3.同时本专利技术无需复杂的外部设备，只需优化喷嘴结构，作为可自由拆卸组装的模块式结构，不仅可以保持设备的整体性，拆装方便可减小应用成本，并且不因环境的变化而影响优化效果，具有简单可靠的优点，可有效满足各类精密设备对液滴高速和微体积的要求。附图说明图1是按照本专利技术构建的用于精密设备的分段式喷嘴的三维结构示意图；图2是该分段式喷嘴的主视图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1：液体输送通道；2：上部喷嘴；3：下部喷嘴；4：流动区。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术提出了一种用于精密设备的分段式喷嘴，其特征在于，该喷嘴由上部喷嘴2和下部喷嘴3彼此连接而成，其中：所述上部喷嘴2的入口用于与液体输送通道1相连通，并且它沿着液体输送的方向呈光滑收缩的腔道结构，由此使得输送至该上部喷嘴2的液体流速得以提高，并且光滑收缩的设计有助于减小能量在壁面的耗散；所述下部喷嘴3的入口与所述上部喷嘴2的出口保持相连，来自所述上部喷嘴2的流体经由该下部喷嘴3的下端出口最终喷射出去，并进入与之相连的流动区4，其中所述下部喷嘴3的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状，使得每次喷射出去的液滴体积得以减小。作为本专利技术的关键改进之一，上述分段式喷嘴各组成部件的规格参数直接影响到液滴的喷射速度，相应地，本专利技术进一步对此方面做出了研究和针对性改进；对于所述上部喷嘴2而言，它的入口直径被设定为D，收缩直径为设定为d，并且该上部喷嘴2的整体长度被设定为L；对于所述下部喷嘴3而言，它的整体长度被设定为l，D/d为10/3～10，L/l为9～39；并且D/d和L/l的比值越大，该喷嘴喷射的液滴速度越快。此外，作为本专利技术的另一关键改进，所述下部喷嘴3的下端出口(即喷嘴出口)截面的直径是决定喷射液滴大小的最主要参数；一般所述喷嘴出口的截面被设计为圆形，喷射的液滴直径略大于所述喷嘴出口截面的直径，因此喷射的单液滴体积不会有很大的变化；改变所述喷嘴出口形状对减小喷射液滴的体积有着重要的作用，控制所述喷嘴出口截面的面积不变，即控制所述喷嘴出口截面的当量直径不变，将所述喷嘴出口截面的形状设计为带尖角的异形形状如椭圆形、正方形、三角形或曲面三角形等进行模拟，得到喷射的单液滴体积各有不同程度的减小；利用surfaceevolver软件进行所述喷嘴出口表面形态的最小表面能优化计算，得到如图1所示的曲面三角形能够最大程度地减小液滴的体积，相比于同样当量直径的圆形喷嘴出口，单液滴的体积减小了31％左右，因此喷嘴出口的截面进一步优选采用曲面三角形的形状，能够有效减小喷射液滴的体积。进一步地，所述分段式喷嘴优选用于压电按需式液滴喷射设备。进一步地，所述分段式喷嘴优选设计为可自由拆卸组装的模块式结构。实施例1所述分段式喷嘴被设计为所述上部喷嘴光滑收缩，所述喷嘴出口为曲面三角形并且D/d＝10/3，L/l＝9，模拟液滴以1.375m/s的速度进入所述液体输送通道1，经过所述分段式喷嘴得到的液滴速度为1.824m/s，液滴体积为1.95E-13m3，相同条件下液体经过无收缩并且喷嘴出口为圆形的原始喷嘴后得到的液滴速度为0.76m/s，液滴体积为2.68E-13m3，本专利技术实施例中提供的分段式喷嘴与原始喷嘴对比液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于精密设备的分段式喷嘴，其特征在于，该喷嘴由上部喷嘴(2)和下部喷嘴(3)彼此连接而成，其中：所述上部喷嘴(2)的入口用于与液体输送通道(1)相连通，并且它沿着液体输送的方向呈光滑收缩的腔道结构，由此使得输送至该上部喷嘴(2)的液体流速得以提高；所述下部喷嘴(3)的入口与所述上部喷嘴(2)的出口保持相连，来自所述上部喷嘴(2)的流体经由该下部喷嘴(3)的下端出口最终喷射出去，并进入与之相连的流动区(4)，其中所述下部喷嘴(3)的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状，使得每次喷射出去的液滴体积得以减小。

【技术特征摘要】
1.一种用于精密设备的分段式喷嘴，其特征在于，该喷嘴由上部喷嘴(2)和下部喷嘴(3)彼此连接而成，其中：所述上部喷嘴(2)的入口用于与液体输送通道(1)相连通，并且它沿着液体输送的方向呈光滑收缩的腔道结构，由此使得输送至该上部喷嘴(2)的液体流速得以提高；所述下部喷嘴(3)的入口与所述上部喷嘴(2)的出口保持相连，来自所述上部喷嘴(2)的流体经由该下部喷嘴(3)的下端出口最终喷射出去，并进入与之相连的流动区(4)，其中所述下部喷嘴(3)的下端出口截面被设计为带尖角的异形形状，使得每次喷射出去的液滴体积得以减小。2.如权利要求1所述的用于精密设备的分段式喷嘴，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海生，钟永红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42