空气中pm2.5和pm2.5-10的超声捕捉装置的设计和分析

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1、中图分类号：TN384论文编号：102870115-S101学科分类号：080203硕士学位论文空气中PM2.5和PM2.5-10的超声捕捉装置的设计和分析研究生姓名王燕俊学科、专业机械设计及理论研究方向压电作动器设计及应用指导教师胡俊辉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDeviceStructureDesignandPrincipleAnalysisf

2、orCollectingPM2.5andPM2.5-10inAirAThesisinMechanicalDesignandTheorybyWangYanjunAdvisedbyProf.HuJunhuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。

3、对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要压电换能器是通过其正、逆压电效应来实现电力与机械能相互转换的器件。超声技术应用的主要部件便是压电换能器。压电换能器种类繁多、用途广泛，在微、纳米领域具有广阔的应用前景，尤其是在移动、捕捉和清除微纳米物质方面。本课题主要研究超

4、声换能器对空气中PM2.5和PM2.5-10的捕捉原理及特性，主要研究内容概述如下：介绍空气中的严重污染物------PM2.5和PM2.5-10及其带来的危害；列举了现有的常见去除PM2.5和PM2.5-10的过滤法及电学法的装置以及这些装置的优缺点，从而引出本研究的目的和内容。在本课题组现有的研究基础上，通过实验研究由超声换能器和反射板（集尘板）组成的装置，发现有油烟颗粒被聚集在反射板（集尘板）上，形成规则的圈状同心圆环或者大颗粒的聚集沉降。此时超声换能器工作频率在56.9kHz附近，辐射面的工作模态为弯振模态。实验表明收集到油烟的分布与换能器的辐

5、射面和反射板的距离有关，并且集尘效率与换能器工作的频率、电压有关。利用COMSOLMultiphysics分析软件计算由超声换能器辐射面和反射板构成的腔体内的声场。计算结果与实验现象对比后发现：超声换能器在腔体中产生的声辐射力及声学流产生的粘性力是该装置能够捕捉并收集空气中微细颗粒的主要原因。关键词：超声换能器，PM2.5，PM2.5-10，COMSOLMultiphysics，声辐射力，声学流本篇硕士学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室（南航）完成。本课题得到了国家自然科学基金项目（No.91123020)、南京航空航天大学专项科研项目（56X

6、ZA12044)和机械结构力学及控制国家重点实验室运行项目（1001-IZD14001-1402）和PAPD。I空气中PM2.5和PM2.5-10的超声捕捉装置的设计和分析ABSTRACTActuatorsrelyonthepiezoelectriceffectofpiezoelectricmaterialstoachievemutualconversionbetweenpowerandmechanicalenergyiscalledpiezoelectrictransducer.Piezoelectrictransducersaretheprimar

7、yelementsinultrasonictechnology,whichhavegreatvarieties,extensiveapplication.Andtheywillhavebroadapplicationprospectsinthemicro/nanofieldtomanipulatemicro/nano-scaleobjects.Thisprojectresearchesontheprinciplesandcharacteristicsofthefineparticulatematter’scollectiondrivenbypiezoe

8、lectrictransducerandthereflector.Thefollowingar