壓電式合成射流微泵的性能及設(shè)計方法研究.pdf

1、在機械式微泵中，由于壓電微泵的驅(qū)動方式簡單、可集成度較高、易于實現(xiàn)微型化，因此得到了廣泛的關(guān)注。隨著微流體技術(shù)的不斷發(fā)展，無閥微泵憑借其獨特的優(yōu)勢正逐漸成為研究的熱點，但是傳統(tǒng)的無閥微泵流量小，輸出不連續(xù)，在實際應(yīng)用中還存在著較大缺陷，對此，本文提出一種新型的合成射流無閥微泵。該微泵將合成射流技術(shù)作為驅(qū)動方式，采用立體結(jié)構(gòu)，大大提高了泵送流量而且實現(xiàn)了流量的連續(xù)輸出。
　　 為了探討該新型微泵的內(nèi)部流場特征、設(shè)計影響因素以及設(shè)計

2、方法，本文具體展開的工作主要有以下幾個方面:
　　 1.對無閥壓電微泵中流管的發(fā)展過程進(jìn)行了梳理，簡要介紹合成射流技術(shù)，對壓電式合成射流微泵目前現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)概括;采用集總參數(shù)建模方法對合成射流器進(jìn)行了建模分析，推導(dǎo)出了在膜片和噴口處的振動位移及速度表達(dá)式。
　　 2.提出所設(shè)計的新型壓電式合成射流微泵結(jié)構(gòu)，闡述了該微泵的工作原理，通過對微泵的驅(qū)動元件——壓電振子的理論分析，得到壓電振子的位移表達(dá)式，采用APDL參數(shù)化語言

3、對三種類型的壓電振子進(jìn)行有限元分析，選定性能較好的一個壓電振子作為微泵的驅(qū)動元件，確定了其振動位移函數(shù)。
　　 3.在確定合成射流激勵器結(jié)構(gòu)的情況下，對設(shè)計的合成射流微泵進(jìn)行數(shù)值模擬。首先對所選用的計算模型、控制方程和湍流模型進(jìn)行了簡要介紹，然后確定了對膜片振動的數(shù)值模擬方法，選用合適的計算步長和計算周期驗證了所采用的計算方法的可行性，最后進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性分析。通過分析計算結(jié)果找到了影響該泵性能的三個主要因素和兩個次要因素，在不

4、同速度范圍內(nèi)，對空氣和水兩種介質(zhì)得到的計算結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　 4.提出合成射流微泵的較為準(zhǔn)確詳細(xì)的設(shè)計準(zhǔn)則。該設(shè)計準(zhǔn)則是基于在合成射流激勵器流場的準(zhǔn)確數(shù)值模擬基礎(chǔ)上繪制出的沿軸向上各點的速度分布曲線，通過分析曲線，找到對應(yīng)的流量最大和最穩(wěn)定的點，然后，繪制出該點的展向速度分布曲線，通過該曲線確定出口直徑的大小，這種方法設(shè)計出的微泵出口流量最大且最穩(wěn)定。
　　 本文設(shè)計的微泵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了流量的連續(xù)輸出，且提出的設(shè)計方法能