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引言

? ? ? 隨著時(shí)間的推移，太陽(yáng)能電池板會(huì)被花粉、灰塵、污垢、污垢甚至鳥糞覆蓋。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)能電池板變臟時(shí)，太陽(yáng)能輸出會(huì)減少10-15%。大多數(shù)太陽(yáng)能電池板的使用壽命為30年或更長(zhǎng)。為了穩(wěn)定發(fā)電，每年至少需要清潔兩次太陽(yáng)能電池板，即使在沙漠中雨季已經(jīng)過(guò)去。

? ? ? ?有幾種方法可以用來(lái)清洗嚴(yán)重污染的物品(修理過(guò)的汽車零件、手表機(jī)構(gòu)、不用洗衣機(jī)清洗衣物等)?；旧希逑葱Ч霈F(xiàn)在受超聲波空化影響的少量液體中。為了產(chǎn)生氣穴，需要合理的能量。

? ? ? 有時(shí)沒有必要在體積上產(chǎn)生氣穴。對(duì)于平面清潔，在表面上的薄層液體中產(chǎn)生氣穴就足夠了。許多科學(xué)文章描述了液體體積中的空穴現(xiàn)象。然而，很難找到任何關(guān)于在薄液體層中產(chǎn)生空穴的文章。作者在此之前提出了這一概念，并在這一領(lǐng)域做了一些實(shí)驗(yàn)。

? ? ? 這里介紹的建模工作的目的是研究和更好地理解控制超聲波的物理學(xué)者采用了長(zhǎng)度為400 mm，截面為8 mm × 4 mm的PZT-8壓電陶瓷，其電荷系數(shù)如下:d33 = 225 pC/N，d31 = 37 pC/N。壓電陶瓷通過(guò)厚度極化。電極放置在壓電陶瓷的兩側(cè)。雙向超聲波振動(dòng)器和兩塊板由鋁合金制成(質(zhì)量密度=2.7g/cm3。楊氏模量E = 70 GPa，泊松比= 0.33)。使用結(jié)構(gòu)鋼活塞(質(zhì)量密度= 7.85克/立方厘米，楊氏模量E=200GPa，泊松比= 0.33)。所有部件都粘在一起。聲學(xué)-壓電相互作用分析中的太陽(yáng)能電池板表示為丙烯酸塑料電池板(質(zhì)量密度= 1.16克/立方厘米，楊氏模量。

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實(shí)驗(yàn)

? ? ? 數(shù)值計(jì)算包括諧波響應(yīng)分析，用于評(píng)估將外部電信號(hào)施加到壓電陶瓷的板的橫向振動(dòng)，以及聲-電相互作用分析，用于計(jì)算兩個(gè)板之間的聲壓和聲分布，以在液體層中產(chǎn)生最大空化。利用建立超聲清洗系統(tǒng)實(shí)體有限元模型的有限元軟件COMSOL 4.2對(duì)壓電執(zhí)行器進(jìn)行有限元建模，進(jìn)行諧波響應(yīng)分析和聲-電相互作用分析。

? ? ? 超聲波清洗系統(tǒng)模型的網(wǎng)格劃分使用三維自由四面體單元，使用物理控制的網(wǎng)格，如圖。2.該元素由八個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度:節(jié)點(diǎn)x、y和z方向的平移。元件具有三維磁、熱、電、壓電和結(jié)構(gòu)場(chǎng)能力，場(chǎng)之間的耦合有限。該元素有八個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有六個(gè)自由度。

? ? ? 諧波響應(yīng)分析和聲-壓電相互作用分析采用Pardiso求解器和嵌套剖分多線程預(yù)排序算法進(jìn)行。諧波響應(yīng)分析是為了找出測(cè)量點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。測(cè)量點(diǎn)位于一個(gè)板上(圖。2、黑色橢圓區(qū))。壓電元件使用施加在執(zhí)行電極上的交流信號(hào)(30 V)激勵(lì)。選擇頻率范圍為18千赫至18.8千赫，解決方案為10赫茲間隔，以給出測(cè)量點(diǎn)的適當(dāng)響應(yīng)曲線。測(cè)量點(diǎn)隨空氣和水運(yùn)動(dòng)的增益頻率特性如圖2所示。3.重要的是，所有的阻尼值都來(lái)自材料的特性，包括陶瓷。

?圖 3 圖中所示測(cè)量點(diǎn)的諧波響應(yīng)分析(空氣和水)

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? ? ? 本文的主要目的是提出用超聲波清洗任何表面的新思路。太陽(yáng)能電池板就是這種應(yīng)用的好例子。所提出的超聲波清洗系統(tǒng)工作模式是基于降雨時(shí)薄水層中的空化效應(yīng)或人工外部水流。然而，在我們的模型中，薄水層被表示為均勻介質(zhì)。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種系統(tǒng)需要一場(chǎng)大雨才能在薄層中產(chǎn)生良好的氣穴現(xiàn)象。

? ? ? 目前的超聲波清洗系統(tǒng)將固定安裝，而不僅僅是安裝在屋頂上，而是集成到沙漠中的任何太陽(yáng)能電池板工廠等。將超聲波清洗系統(tǒng)連接到太陽(yáng)能電池板的解決方案之一如圖1所示，致動(dòng)器的數(shù)量和它們之間的位移可以是不同的。在這種情況下，可以使用雨滴傳感器完全自動(dòng)地進(jìn)行清潔過(guò)程，以實(shí)時(shí)保持太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率。

總結(jié)?

? ? ? 提出了一種新的平面超聲波清洗方法。我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的污染表面清潔裝置。對(duì)空氣和水進(jìn)行了聲壓電相互作用分析。為所有系統(tǒng)定義了最佳振動(dòng)模式。定義了初步工作條件，并批準(zhǔn)了其清潔效率。我們認(rèn)為，需要注意連接到致動(dòng)器的板與水等動(dòng)態(tài)載荷之間的聲學(xué)相互作用及其干擾。此外，板的形狀、水層厚度和均勻性、氣隙和聲阻尼因子對(duì)系統(tǒng)效率有很大影響。這件事需要仔細(xì)考慮。