【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压电激励喷注器及其喷腔共振结构量化设计方法，应用于压电激励喷注器设计。
技术介绍
1、用于液滴高效生成的液滴发生器是空间液滴辐射器、增材制造设备以及其它造粒设备的核心部件，目前针对液滴发生器的均匀液滴生成特性已经开展了大量研究，然而大部分研究工作都是针对单喷孔微小射流开展的。对于液滴辐射器的工程应用而言，一秒内生成的液滴数量需要达到要数百万甚至上千万颗，喷射流量达到1kg/s，单孔小流量喷注器无法满足使用需求。要满足液滴批量化生成的工程应用需求，喷注器所需喷射的液体流量较大，在大流量条件下存在液滴尺寸不均匀、喷射速度不一致等问题，严重导致设备性能下降，甚至带来空间应用的安全风险。
2、液滴发生器主要采用压电激励喷注器形成均匀液滴，其有效工作的前提条件是喷注器内的压电激励扰动占主导地位，射流表面波按照外加激励的作用发展并破碎形成有序液滴。对于单股微射流喷注器而言，液体流量较小，流动雷诺数不高，流场较稳定，人为施加的压电扰动处于主导地位；当压电激励喷注器流量较大时，喷注器内的流动冲击较强，流动雷诺数变高，流场无序脉动量变大，可能湮没人为施加的激励扰动，导致射流不能按照外加激励破碎形成有序液滴。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了大流量条件下液滴生成均匀性和一致性不足问题。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种压电激励喷注器喷腔共振结构量化设计方法，包括：
4、获取
5、根据液体共振公式，确定喷注器喷腔有效容积v和喷孔长度lout的乘积；
6、根据dout和n确定喷注面板有效截面尺寸，使所有喷孔均匀分布在喷注面板上并不产生相互干扰；
7、根据喷注器工作压力和液滴生成需求确定lout，然后确定v；根据喷注器外形结构、压电陶瓷、激励面板和喷注面板尺寸约束条件，调整喷腔构型、喷腔长度尺寸，使v保持不变；
8、根据液体供应压力和喷注器工作压力确定液体工质入口的节流尺寸，使液体工质入口的等效阻抗达到最大；
9、确定压电陶瓷和激励面板参数，开展喷射实验，测量喷腔内流体的脉动压力，获得实际共振频率，根据实际共振频率与工作频率的差异对喷腔容积进行修正。
10、一种基于所述量化设计方法确定的压电激励喷注器，包括壳体、喷注面板、激励面板、压电陶瓷；
11、壳体和喷注面板包围形成喷腔，壳体上设有进液口；壳体上设有缺口，缺口处用于容置激励面板，并在壳体外设置压电陶瓷，压电陶瓷用于对激励面板进行激励；喷注器工作时，液体工质从进液口进入喷腔内，然后由喷注面板上的喷孔喷出形成射流，喷腔内的液体工质在压电陶瓷驱动激励面板的激励作用下，在喷腔内共振形成压力扰动，促使射流破碎形成液滴。
12、本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
13、(1)本专利技术在压电激励能量不变的条件下增大主动扰动振幅，从而在较宽的频率范围内实现均匀液滴生成，克服常规压电激励喷注器在大流量条件下液滴生成均匀性和一致性方面的不足，促进液滴批量化生成的工程应用发展。
14、(2)本专利技术通过匹配结构设计参数，在相同的压电激励条件下增大喷腔内的主动扰动能量，使其在射流破碎过程中占主导地位，从而提高液滴生成的可控性。
15、(3)本专利技术提出了压电激励喷注器喷腔共振的量化设计方法，可以根据任务需求量化设计喷注器结构，从而大幅减少喷注器设计过程中的结构优化改进和地面试验测试次数。
16、(4)本专利技术提出的压电激励喷射器共振结构考虑了喷孔尺寸和喷孔数量的影响，建立了喷腔容积和喷孔尺寸、数量的对应关系，可以作为大流量喷射器缩尺验证和模块化设计的依据。
17、(5)本专利技术提出的压电激励喷射器共振结构考虑了压电陶瓷工作时固有频率，使压电陶瓷激励频率偏离其固有频率，避免压电陶瓷结构共振破坏。
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1.一种压电激励喷注器喷腔共振结构量化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，液体工质粘度范围为20mPa·s～200mPa·s，喷射速度范围为5m/s～30m/s，通过工作参数匹配使射流雷诺数不超过1000。
3.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷孔直径dout范围为0.15mm～3mm，喷孔数量n范围为1～1000。
4.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷注器将自身激励面板的振动作用施加给流体，激励面板的直径范围为5mm～20mm，振动位移范围为0.5μm～5μm，激励面板的有效质量为2g～50g。
5.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷孔长度范围为0.5mm～5mm，喷孔长径比范围为2～8。
6.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷孔不产生相互干扰的喷孔间距与喷孔直径的比值为1～20，且最小喷孔间距不小于0.5mm。
7.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，液体工质入口直径范围为2mm～10mm。p>
8.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，液体共振公式具体为：
9.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷孔不产生相互干扰的喷孔最小间距s满足如下公式：
10.一种基于权利要求1至9中任一项所述量化设计方法确定的压电激励喷注器，其特征在于，包括壳体、喷注面板、激励面板、压电陶瓷；
...【技术特征摘要】
1.一种压电激励喷注器喷腔共振结构量化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，液体工质粘度范围为20mpa·s～200mpa·s，喷射速度范围为5m/s～30m/s，通过工作参数匹配使射流雷诺数不超过1000。
3.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷孔直径dout范围为0.15mm～3mm，喷孔数量n范围为1～1000。
4.根据权利要求1所述的量化设计方法，其特征在于，喷注器将自身激励面板的振动作用施加给流体，激励面板的直径范围为5mm～20mm，振动位移范围为0.5μm～5μm，激励面板的有效质量为2g～50g。
5.根据权利要求1所述的量化设计方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏飞，李光熙，杨尚荣，汪广旭，洪流，杜蒙蒙，李娜，罗俊，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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