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基于压电驱动的振动网孔式雾化器的设计

作　者: 陈曦
导　师: 李浩莹
学　校: 苏州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 振动网孔板技术 夹心式超声换能器 微喷 有限元分析
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


肺部给药系统指将药物通过特殊给药装置以非侵入方式传递到肺部，产生局部或全身治疗作用。药物形态和吸入装置的选择是影响肺部沉积率的重要因素，通常认为药物粒径在1~5μm时，有效沉积率最高。本文基于振动网孔技术和夹心式压电换能器技术设计出一种创新型压电驱动的振动网孔式雾化器，基于这种微孔板振动所设计出的雾化器能够产生粒径更小、粒度分布更窄的雾滴，极适用于微纳粉体制造仪––喷雾干燥机的喷头，此外在医用雾化器、喷墨打印等领域也有广阔的应用前景。本文主要开展了如下的工作：（1）依据压电理论和换能器设计的研究方法，选择纵向振动的夹心式换能器作为压电微喷的驱动单元，并对其结构进行理论建模计算。（2）采用ANSYS软件进行压电耦合的仿真，主要应用动力学分析方法分析得出了振动网孔式喷头的谐振频率和其瞬态响应情况。并按照有限元的分析方法同时仿真分析了超声振子及振动网孔雾化器的节面位置，为喷头装夹位置提供了依据。（3）介绍了微喷系统的结构组成、工作原理，分析了微孔板振动过程中气泡的影响及产生原因。（4）利用电子天平与摄像机采集了微喷头工作中流率的变化，解释了流率变化的原因。并采用冷冻干燥和扫描电镜方法对微喷头产生的雾滴进行固化后表征，粒径的大致分布在5~20μm之间，能满足微纳制造的要求。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 课题来源及研究的目的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 压电喷雾的应用及微喷结构研究现状  11-20
    1.3.1 压电喷雾技术的应用  11-12
    1.3.2 压电超声雾化结构的研究现状  12-20
  1.4 本文所做的工作  20-21
第二章 压电驱动材料特性研究  21-30
  2.1 压电现象及压电效应  21
  2.2 压电材料的性质  21-25
    2.2.1 压电材料及压电方程  22-24
    2.2.2. 压电材料的主要特征参数  24-25
  2.3 压电陶瓷的极化  25-29
    2.3.1 极化机理  25-27
    2.3.2 压电陶瓷极化工艺  27-29
  2.4 小结  29-30
第三章 压电换能器的理论研究  30-41
  3.1 压电换能器的介绍  30-32
    3.1.1 压电换能器的种类及应用  30-31
    3.1.2 压电换能器的机电耦合概念  31-32
  3.2 超声换能器及其设计  32-40
    3.2.1 压电换能器的振动模式  32-33
    3.2.2 超声换能器的选择及工程设计  33-35
    3.2.3 换能器理论分析及设计  35-40
  3.3 小结  40-41
第四章 ANSYS 的压电耦合分析方法  41-57
  4.1 液滴形成的条件和影响液滴质量的因素  41-42
  4.2 压电耦合的有限元分析方法  42-45
    4.2.1 有限元简介及其分析过程  42-43
    4.2.2 ANSYS 在压电耦合中的应用  43-44
    4.2.3 压电材料性能的数学有限元模型  44-45
  4.3 模型的建立及有限元分析  45-55
    4.3.1 模型建立与参数设定  45-47
    4.3.2 有限元软件分析过程  47-49
    4.3.3 静力分析  49-51
    4.3.4 动力学分析  51-55
  4.4 结论  55-57
第五章 振动网孔式微喷系统的设计和分析  57-77
  5.1 微喷系统结构设计  57-62
    5.1.1 设计思路  57
    5.1.2 微喷头结构及工作原理  57-58
    5.1.3 微喷系统基本组成介绍  58-60
    5.1.4 回流道气泡问题分析  60-62
  5.2 利用有限元方法分析压电陶瓷微喷头  62-70
    5.2.1 模型的建立  62-63
    5.2.2 动力学分析  63-68
    5.2.3 节面的确定  68-70
  5.4 流率测定  70-73
  5.5 冷冻干燥法的粒径观测  73-76
  5.6 结论  76-77
第六章 总结和展望  77-79
参考文献  79-84
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  84-85
致谢  85-86

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 其他医疗器械
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