基于數(shù)值模擬的平面錐管無閥壓電泵的非穩(wěn)態(tài)特性研究.pdf

1、微流體系統(tǒng)的廣泛研究促進(jìn)了微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，微型泵是微流體系統(tǒng)重要的驅(qū)動(dòng)部件，其發(fā)展水平直接影響到微機(jī)電系統(tǒng)的整體性能。在機(jī)械式微泵中，壓電泵具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能低、無電磁干擾、可集成度高、易于實(shí)現(xiàn)微型化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療器械、化學(xué)分析、水冷系統(tǒng)、環(huán)境檢測等領(lǐng)域。
　　隨著微流體技術(shù)的不斷發(fā)展，平面錐管無閥壓電泵憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。為了探討影響平面錐管無閥壓電泵輸

2、出性能的因素及內(nèi)部流場特征，本文主要在以下幾個(gè)方面展開具體的工作:
　　1.對擴(kuò)散/收縮管無閥壓電泵的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)概括，介紹了無閥壓電泵的工作原理及過程，分別在穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)情況下對無閥壓電泵用擴(kuò)散/收縮管內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析，獲得了衡量錐管性能的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù):壓力損失系數(shù)和錐管效率，得到了擴(kuò)散/收縮管無閥壓電泵的整流效率公式。
　　2.利用CFX軟件在不同壓力幅值、不同驅(qū)動(dòng)頻率下對不同角度平面錐管內(nèi)流動(dòng)的非穩(wěn)

3、態(tài)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了影響平面錐管輸出性能的因素，研究了平面錐管內(nèi)漩渦的運(yùn)動(dòng)變化及發(fā)展情況。結(jié)果表明:非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)情況下流量變化相對于壓力變化存在滯后性，二者之間有一個(gè)相位差，且Wo數(shù)越大，壓力幅值越小，此相位差越大;頻率較高(10Hz～500Hz)時(shí)，在較低壓力幅值(500、1000Pa)下，凈流量先隨Wo數(shù)的增大而減小，之后有小幅遞增，較高壓力幅值(5000Pa)下，凈流量隨Wo數(shù)的增大而減小;頻率較低(0.05Hz～10Hz)

4、時(shí)，凈流量隨Wo數(shù)的增大而減小;錐管擴(kuò)散和收縮方向的壓力損失系數(shù)隨Wo數(shù)的增大而增大，隨壓力幅值和錐角的增大而減小;平面錐管內(nèi)流動(dòng)分離產(chǎn)生的漩渦運(yùn)動(dòng)增加了流管流阻，且漩渦運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間越長，通過錐管的凈流量越小。
　　3.建立了平面錐管無閥壓電泵模型，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對其進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，分析了影響平面錐管無閥壓電泵輸出性能的因素，結(jié)果表明:平面錐管無閥壓電泵的輸出流量和效率隨錐管長度和最小截面寬度的增大而增大;角度為10°錐