[发明专利]一种多级频率超声振动脉动热管装置及其运行工艺

说明书

本发明涉及一种多级频率超声振动脉动热管装置及其运行工艺，该装置主要由脉动热管、二级超声振子和支撑架部件组成，脉动热管安装在二级超声振子上，二级超声振子固定于支撑架上；所述二级超声振子主要包括一级超声振子和超声组合件，整体结构尺寸满足全波长谐振设计要求。一级超声振子和超声组合件均有超声压电陶瓷换能器，但两者谐振频率不同。一级超声振子整体长度满足半波长谐振设计原则。所述脉动热管蒸发端带有底座，通过双头螺柱与超声振子连接。本发明中提出的装置可调节超声振动装置频率的变化，实现脉动热管在多级频率超声条件下的稳定工作，保证超声传递方向和脉动热管内工质流向的匹配性。

技术领域

本发明涉及一种多级频率超声振动脉动热管装置及其运行工艺。所述装置可实现多级频率的超声能场在脉动热管上的稳定可靠加载与传递，为脉动热管在超声振动加工领域的应用提供实验基础。

背景技术

脉动热管作为一种被动传热元件，具有结构简单，传热能力高的特点。已经在车削、磨削等机械加工中应用，起到降低加工温度，减缓工具磨削的作用。因此，脉动热管在超声加工中同样具有广大的应用前景。探究超声对脉动热管传热性能的影响，首先需要解决如何实现超声在脉动热管上稳定可靠的加载和传递。超声在脉动热管加载有方向的要求，需保证超声传递的方向和脉动热管内工质流向一致。

从目前的研究来看，有研究将陶瓷压电片直接放置在脉动热管的蒸发端，或采用超声传感器接触进行振动。

例如，公开号为CN110726317A的发明专利申请公开一种有温差发电驱动和温度预警的超声波脉动热管散热器，包括脉动热管、压电陶瓷片、超声波发生器，压电陶瓷片设于脉动热管表面；包括温差发电片、DC-DC变换器，导热板和指示灯电路温差发电片通过DC-DC变换器与超声波发生器电性连接；脉动热管蒸发段嵌入导热板内，导热板一面贴于待散热元器件，另一面贴设温差发电片，温差发电片的另一面与空气接触；指示灯电路的电磁继电器与温差发电片电性连接，可用于对元器件结点温度进行预警，以便对元器件进行保护。该发明利用脉动热管进行温差发电，驱动压电陶瓷片工作，压电陶瓷发出的超声波产生的空化效应，可强化脉动热管的传热性能。由于温差发电自供，可灵活适用于各类半导体元器件散热的场合。

公开号为CN102607305A的发明专利申请涉及一种侧面固定有电控压电陶瓷块的板式脉动热管传热系统，包括内部设有弯曲孔道的板，弯曲孔道内充有工质。弯曲孔道自下而上依次分为蒸发区，绝热区与冷凝区。它的特点是：在板的侧面固定有电控压电陶瓷块。电控压电陶瓷块上施加的电压大小可调，频率可调。这种传热系统优点是：通过控制加载在压电陶瓷上电压的大小和频率，使压电陶瓷产生不同频率和强度的超声波，从而控制脉动热管的启动和正常工作时的传热性能。降低脉动热管的启动功率，解除脉动热管在低功率条件下的应用限制。采用空化原理降低脉动热管的传热热阻，强化脉动热管在正常工作时的传热性能。所用的材料普通，造价低，制作方便，使用简单，有较强的可操作性和应用前景。

公开号为CN202582301U的实用新型公开了一种套有电控压电陶瓷块的脉动热管传热系统，包括充有工质2的脉动热管1。该脉动热管1自下而上依次分为蒸发区I，绝热区II，冷凝区III。它的特点是：在脉动热管1上套有电控压电陶瓷块3。电控压电陶瓷块3上施加的电压大小可调，频率可调。这种脉动热管传热系统优点如下：通过控制加载在压电陶瓷上电压的大小和频率，使压电陶瓷产生不同频率和强度的超声波，从而控制脉动热管的启动和正常工作时的传热性能。降低脉动热管的启动功率，解除脉动热管在低功率条件下的应用限制。采用空化原理降低脉动热管的传热热阻，强化脉动热管在正常工作时的传热性能。所用的材料普通常见，造价低廉。制作方便，使用简单，具有较强的现实可操作性和应用前景。

上述公开专利所涉及的装置或者方法无法控制作用在脉动热管上的超声的真实频率和振幅。同时并未保证超声传递方向和脉动热管内工质流向的匹配性。同时上述方法和装置仅能维持超声在特定频率和振幅条件下工作。