“Y”形流管無閥壓電泵的研究.pdf

1、現(xiàn)有的無閥壓電泵所采用的無移動(dòng)部件閥要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要么會(huì)產(chǎn)生大范圍的渦旋,因而不適合應(yīng)用在醫(yī)療、衛(wèi)生、保健等領(lǐng)域進(jìn)行含有活體細(xì)胞或長(zhǎng)鏈高分子細(xì)胞的液體的輸送。為克服與避免這些缺點(diǎn),本文提出了一種新型的壓電泵——"Y"形流管無閥壓電泵,并對(duì)其進(jìn)行了理論,模擬及試驗(yàn)研究。 "Y"形流管無閥壓電泵采用一對(duì)三通形的流管——"Y"形流管作為其無移動(dòng)部件閥,因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工制作方便,易于微小化的特點(diǎn)。而且"Y"形流管無閥壓電泵工作時(shí)

2、,其泵腔及流管內(nèi)部流場(chǎng)速度、壓強(qiáng)變化很小,產(chǎn)生的渦旋區(qū)域也很小,因此能滿足上述需要。 1.對(duì)壓電振子的振動(dòng)特性進(jìn)行了理論研究,建立了壓電振子振動(dòng)固有頻率及最大振幅的計(jì)算公式,并將理論結(jié)果與實(shí)測(cè)值及有限元模擬值進(jìn)行了比較。比較結(jié)果表明：理論計(jì)算頻率在廠家的實(shí)測(cè)頻率范圍之內(nèi),和有限元法模擬的頻率值誤差不超過6％；理論振幅與有限元振幅僅相差10％,證明了理論分析的正確性。根據(jù)理論模型分析了壓電振子幾何參數(shù)及材料性能參數(shù)對(duì)其振動(dòng)特性的

3、影響,得到了壓電陶瓷層和基底層直徑比應(yīng)在0.75左右,厚度比小于1,基底材料應(yīng)該優(yōu)先選用金屬材料鋁或銅的結(jié)論。 2.利用流體力學(xué)的基本原理對(duì)"Y"形流管無閥壓電泵的流場(chǎng)狀態(tài)及單向流動(dòng)原理進(jìn)行了分析,建立了泵流量計(jì)算公式；采用有限元軟件對(duì)"Y"形流管無閥壓電泵工作時(shí)泵腔及流管內(nèi)的流場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬分析。模擬結(jié)果表明："Y"形流管內(nèi)的渦旋遠(yuǎn)小于錐形流管內(nèi)的渦旋,且壓強(qiáng)變化隨支管夾角減小而趨于平緩；泵腔內(nèi)壓強(qiáng)基本無變化；泵腔及流管內(nèi)

4、的流體流場(chǎng)對(duì)含有活體細(xì)胞及長(zhǎng)鏈高分子細(xì)胞的液體的傳送基本無影響。 3.實(shí)際制作了"Y"形流管無閥壓電泵并研究了"Y"形流管流阻系數(shù)及泵流量隨流管幾何參數(shù)變化而變化的規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)泵流量與理論泵流量變化趨勢(shì)一致,兩者最小相對(duì)誤差為12％,證明了前面理論分析及數(shù)值模擬的正確性；"Y"形流管正反向流阻隨支管夾角的大小同方向變化,而其差值隨之反方向變化；"Y"形流管無閥壓電泵進(jìn)出口壓差隨支管夾角增大而減小,并且當(dāng)支管寬接近主