非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵的研究.pdf

1、壓電泵是采用壓電材料作為驅(qū)動(dòng)元件的一種新型流體傳送裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于微型化等特點(diǎn)，其應(yīng)用遍及醫(yī)療護(hù)理、化學(xué)分析、生物工程、機(jī)器人、航空航天器以及各種微型機(jī)械領(lǐng)域。本文研究的錐形管無閥壓電泵是采用一對(duì)收縮管/擴(kuò)張管與壓電振子共同作用實(shí)現(xiàn)流體單向輸送的。這種壓電泵沒有可動(dòng)閥體，結(jié)構(gòu)更加簡單，工作頻率較高，特別適用于輸送含有懸浮顆粒的混合物流體，這使得壓電泵可以應(yīng)用于一些特殊場(chǎng)合流體的輸送。但是存在輸出流量小，輸出壓力低的問題。本

2、文在傳統(tǒng)的錐形管無閥壓電泵的基礎(chǔ)上，提出了在泵腔兩端配置不同角度錐形管的無閥壓電泵，簡稱為非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵，有效地提升了錐形管無閥壓電泵的輸出性能，為無閥壓電泵的進(jìn)一步研究與發(fā)展提供一些理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)。本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　1、分析了壓電泵的主要驅(qū)動(dòng)元件—圓形復(fù)合壓電振子的工作原理與振動(dòng)模式。通過對(duì)泵用圓形壓電振子在各種驅(qū)動(dòng)條件下進(jìn)行變形測(cè)試，研究了壓電振子在不同工況下的變形規(guī)律，為壓電泵的設(shè)計(jì)、制作，

3、以及試驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)信號(hào)的合理選擇提供了依據(jù)。
　　2、基于流體力學(xué)的基本原理，為了對(duì)錐形管無閥壓電泵的工作機(jī)理進(jìn)行研究，首先討論了管中液體的流動(dòng)特性，隨后推導(dǎo)了無閥泵的流量及效率的計(jì)算方法。結(jié)論得出收縮管/擴(kuò)張管流動(dòng)阻力系數(shù)的比值是決定無閥壓電泵輸出性能的重要因素。由此提出了非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵的設(shè)計(jì)思想。
　　3、建立了非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵的三維幾何模型，在ICEM CFD軟件中對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用ANSYS CFX流體

4、仿真軟件對(duì)錐形管無閥泵內(nèi)流體的流動(dòng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬。經(jīng)過仿真分析，得到了一個(gè)周期內(nèi)錐形管無閥泵泵腔內(nèi)流場(chǎng)壓強(qiáng)的分布云圖、速度矢量分布圖以及收縮管與擴(kuò)張管管口瞬時(shí)流量隨時(shí)間的變化曲線。通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的非對(duì)稱錐形管無閥泵進(jìn)行模擬仿真分析，獲得了非對(duì)稱錐形管的錐角比例、流管長度以及小端口尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵輸出性能的影響規(guī)律。
　　4、根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)并加工、制作了傳統(tǒng)的錐形管無閥壓電泵樣機(jī)和非對(duì)稱錐形管無閥壓電泵樣