Modellierung und numerische Simulation des Übersprechverhaltens in einem Tropfenerzeuger mit Piezo-Biegewandleraktoren:
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2002
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 HINTERGRUND 1
1.2 ZIELSETZUNG UND INHALT DER ARBEIT 4
13 AUFBAU DER ARBEIT 7
2 STAND DER TECHNIK 9
2.1 PRINZIPIEN DER TROPFENERZEUGUNG 9
2.2 DROP-ON-DEMAND TROPFENERZEUGER 10
2.2.1 FUNKTIONSWEISE VON DOD TROPFENERZEUGEM 10
2.2.2 ARTEN VON DOD TROPFENERZEUGEM 11
3 TROPFENERZEUGER MIT PIEZO-BIEGEWANDERAKTOREN 14
3.1 AUFBAU 14
3.2 EINSATZGEBIETE DER TROPFENERZEUGER 16
3.3 FUNKTIONSWEISE 18
3.4 PHAENOMENOLOGISCHE BESCHREIBUNG DES UEBERSPRECHENS 19
3.5 PIEZO-BIEGEWANDLERAKTOR 22
3.5.1 PIEZOEFFEKT UND PIEZOKERAMIK 22
3.5.2 PIEZOMULTILAYER 24
3.5.3 BIEGEWANDLER , 25
3.5.4 KENNGROESSEN 27
3.5.5 GEOMETRIE- UND MATERIALDATEN DES PIEZOAKTORS 30
3.6 GROSSSIGNALVERHALTEN 31
3.7 ANSTEUERUNG 33
3.8 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DES DYNAMISCHEN VERHALTENS 35
3.8.1 VERSUCHSAUFBAU 35
3.8.2 DYNAMISCHES AKTOR-VERHALTEN IN LUFT 36
3.8.3 DYNAMISCHES VERHALTEN IN FLUESSIGKEIT 40
3.8.4 MAXIMALE BETRIEBSFREQUENZ 41
V
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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3.8.5 EINFLUSS DER IMPULSBREITE DES ANSTEUERSIGNALS 42
3.8.6 ERGEBNISSE 43
3.9 DYNAMISCHE STRUKTURVERFORMUNG DES AKTORS 44
3.9.1 ANALYTISCHE BESCHREIBUNG 45
3.9.2 FEM-SIMULATION 47
3.9.3 ZUSAMMENFASSUNG 49
4 NUMERISCHE SIMULATION 52
4.1 PROBLEMSTELLUNG GEKOPPELTES SYSTEM 52
4.1.1 GRUNDLAGEN 52
4.1.2 KLASSIFIZIERUNG DER TEILSYSTEME 53
4.1.3 ELEKTROMECHANISCHE KOPPLUNG 54
4.1.4 FLUID-STRUKTUR-KOPPLUNG 55
4.2 MODELLIERUNG DER TEILSYSTEME 55
4.3 LOESUNG DER GEKOPPELTEN SYSTEME 58
4.3.1 LOESUNGSVERFAHREN 58
4.3.2 ELEKTROMECHANISCHE KOPPLUNG 59
4.3.3 FLUID-STRUKTUR-KOPPLUNG 60
4.4 NETZWERKMODELL DES PIEZO-BIEGEWANDLERS 61
4.4.1 NETZWERKMODELLIERUNG 61
4.4.2 NETZWERKMODELL DES PIEZOAKTORS 65
4.4.3 ELEKTRISCHE ANSTEUERUNG UND KRAFTRUECKKOPPLUNG 68
4.4.4 ANALYTISCHE BESCHREIBUNG 68
4.4.5 DISKRETISIERUNG DER ZUSTANDSGLEICHUNGEN 70
4.4.6 NUMERISCHE STABILITAET 73
4.5 PARAMETERIDENTIFIKATION 74
4.5.1 VORGEHENSWEISE 74
4.5.2 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG 75
4.5.3 ERMITTLUNG DER PARAMETER 76
4.6 NUMERISCHE STROEMUNGSMECHANIK 80
4.6.1 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG VON STROEMUNGEN 80
4.6.2 AUSWAHL DES SIMULATIONSWERKZEUGS 82
4.6.3 BESTIMMUNG DES STROEMUNGSGEBIETS 84
4.6.4 EINBINDUNG DES MECHANISCHEN AKTORMODELLS 87
4.6.5 FLUIDDATEN 88
VI
5 SIMULATIONSERGEBNISSE
90
5.1 SYSTEMVERHALTEN MIT FLUESSIGKEIT 90
5.1.1 TROPFENAUSSTOSS 90
5.1.2 VERIFIKATION DER SIMULATIONSERGEBNISSE 92
5.1.3 URSACHEN DES UEBERSPRECHENS 95
5.2 UEBERSPRECHEN BENACHBARTER KANAELE 97
5.2.1 QUANTIFIZIERUNG DES UEBERSPRECHENS 97
5.2.2 UEBERSPRECHEN BEI EINEM TROPFENERZEUGER MIT TRENNWAENDEN 100
5.2.3 BEEINFLUSSUNG DER TROPFENGESCHWINDIGKEIT 101
5.2.4 FOLGERUNG 105
5.2.5 UNERWUENSCHTER TROPFENAUSSTOSS 107
5.2.6 ZUSAMMENFASSUNG 109
53
UEBERSPRECHKOMPENSATION 111
5.3.1 ZIELSETZUNG 111
5.3.2 VORGEHENSWEISE 111
5.3.3 STROEMUNGSGESCHWINDIGKEIT IN DER DUESE 113
5.3.4 EINFLUSS DER IMPULSBREITE/-SPANNUNG DES ANSTEUERSIGNALS 114
5.3.5 ERMITTLUNG DER KOMPENSATIONSIMPULSE 116
5.3.6 KOMPENSATION MIT EINZELIMPULS MIT GERINGER IMPULSBREITE 121
5.3.7 KOMPENSATION MIT DOPPELIMPULS MIT GERINGEN IMPULSBREITEN 124
5.3.8 KOMPENSATION MIT EINZELIMPULS MIT GERINGER IMPULSSPANNUNG 126
5.3.9 ERGEBNISSE 129
6 ZUSAMMENFASSUNG 131
ANHANG 134
LITERATUR 137
VII |
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