基于數(shù)值仿真電磁微滴噴射裝置優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電磁力驅(qū)動(dòng)微滴噴射技術(shù)因其具有高精度、快響應(yīng)、精定位等特點(diǎn)，能夠被廣泛的應(yīng)用于汽車制造、微電子工程、微機(jī)械以及能源工業(yè)等領(lǐng)域。電磁微噴技術(shù)能夠方便的通過控制電流脈寬，實(shí)現(xiàn)液體快速的按需噴射和液體進(jìn)給，減少浪費(fèi)、降低噴射成本、精確控制噴射量、提高液體噴射質(zhì)量。為優(yōu)化微滴噴射裝置中閥體和噴嘴的形狀和尺寸，以提高噴射效率和顆粒噴射質(zhì)量，本文結(jié)合電磁理論和流體理論，采用ANSYS有限元數(shù)值模擬軟件，對閥體熔錫槽中的熔融液體進(jìn)行了電-磁-流耦合數(shù)

2、值模擬，利用workbench平臺(tái)中的Fluent分析模塊，進(jìn)行噴嘴流體數(shù)值模擬，分析形狀尺寸對噴射速度和噴射質(zhì)量的影響狀況，進(jìn)而加工相應(yīng)形狀尺寸的閥體和噴嘴對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　仿真分析中，首先，通過實(shí)驗(yàn)測量仿真所需且未知的參數(shù)，以焊錫作為噴射材料，測得溫度在250℃條件下熔錫的密度和電導(dǎo)率分別為6981.73kg?m和45.2?101S.m?，測得常溫條件下定制永磁體的矯頑力為8121449-1A.m。其次，基于ANSYS分

3、析軟件，采用正交模擬方法，綜合考慮能源利用率、噴射效率、閥體容積和噴嘴定位精度、堵塞問題，設(shè)定閥體和噴嘴模型形狀和三維尺寸，以壓力值做為評判依據(jù)，采用載荷傳遞耦合法，分別對閥體和噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬，分析閥體和噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸對噴射效率和噴射質(zhì)量的影響。結(jié)果表明閥體流道形狀、熔錫槽長度和噴嘴形狀是影響噴射的主要因素，次于主要因素的影響因素是熔錫槽厚度和噴嘴孔徑，熔錫槽高度和噴嘴高度則是一般因素，得出最優(yōu)閥體流道形狀和尺寸組合是過渡形

4、流道形狀、熔錫槽長度尺寸為36 mm、厚度為7 mm和高度為44 mm，最優(yōu)噴嘴流道形狀尺寸組合是過渡形流道、高度為0.5 mm和孔徑為150 um。接著，將優(yōu)化閥體和噴嘴裝配起來，進(jìn)行多場耦合分析，獲得噴嘴出口速度為1.19501m.s?。
　　實(shí)驗(yàn)研究中，首先，根據(jù)仿真結(jié)果，考慮密封、絕緣、精度等問題，設(shè)計(jì)加工結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的閥體以及與閥體配對的銅極并對其進(jìn)行表面鍍鐵氟龍?zhí)幚?，噴嘴則設(shè)計(jì)成由鎢鋼噴嘴芯和鋁合金噴嘴套兩部份組成。其次

5、，基于仿真參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)，設(shè)定永磁體的矯頑力為8121449-1A.m、電壓值8 V、脈寬6 ms和加熱溫度250℃，分別進(jìn)行優(yōu)化噴嘴和優(yōu)化閥體與噴嘴實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用Origin軟件進(jìn)行綜合處理分析。結(jié)果表明，微噴裝置未優(yōu)化、僅優(yōu)化噴嘴和優(yōu)化閥體與噴嘴時(shí)，噴射速度平均值分別為0.497981m.s?、0.594461m.s?和1.108661m.s?，即，優(yōu)化噴嘴后速度提高了19%，優(yōu)化閥體與噴嘴后對比于僅優(yōu)化噴嘴的微噴裝置，速度提高