發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 20:31

　　 隨著信息時(shí)代的到來(lái),集成化、微型化成為了眾多行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。壓電泵作為微流體系統(tǒng)中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)部件一直備受關(guān)注,依靠本領(lǐng)域研究人員的努力以及微機(jī)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展,目前正日趨成熟。但壓電泵依然存在著一些嚴(yán)重的不足,如有閥壓電泵本身閥結(jié)構(gòu)的存在很大程度上就限制了其應(yīng)用,而傳統(tǒng)無(wú)閥壓電泵無(wú)法連續(xù)出流且流量較低。為此,本文提出了一種壓電驅(qū)動(dòng)型合成射流微泵,兼具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于微型化集成化、大流量低脈動(dòng)連續(xù)輸出的優(yōu)點(diǎn)。為了對(duì)這種新型微泵進(jìn)行深入研究,主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作:1)對(duì)微流體系統(tǒng)中關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)部件微泵進(jìn)行了分類(lèi)和總結(jié),歸納了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)論是基于合成射流的無(wú)閥微泵具有其特殊優(yōu)勢(shì),但目前研究較少,且集中于氣體介質(zhì)下的外特性研究。2)提出了一種用于輸送液體的新型微泵,描述了其運(yùn)行原理。對(duì)驅(qū)動(dòng)部件壓電振子進(jìn)行了理論分析,并使用參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)選用的壓電振子進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明振子中心處位移最大,沿半徑方向呈近似拋物線型;其余因素相同情況下激勵(lì)電壓越大,振子位移越大。3)利用數(shù)值模擬的方法來(lái)仿真微泵的運(yùn)行。使用SST湍流模型進(jìn)行計(jì)算并與其他研究者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)是可靠的。選定合理的模擬設(shè)置并進(jìn)行了計(jì)算,發(fā)現(xiàn)這種微泵的運(yùn)行情況與合成射流理論相符合,內(nèi)流場(chǎng)符合合成射流特征,且能夠大流量連續(xù)出流,這進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性。接著探究了各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)微泵外特性的影響,并利用對(duì)內(nèi)流場(chǎng)的詳細(xì)分析得出了其中的影響機(jī)理。分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴管長(zhǎng)度對(duì)微泵外特性影響很小;在合成射流腔出口寬度設(shè)置為15Da,雷諾數(shù)為1000時(shí),長(zhǎng)度設(shè)置為30Da時(shí)流量最大為5.954ml/min;當(dāng)長(zhǎng)度為40Da,雷諾數(shù)為500和1000時(shí),出口寬度設(shè)置為15Da流量最大,而當(dāng)雷諾數(shù)大于1000后,出口為8Da時(shí)流量最大;雷諾數(shù)為500時(shí)流量隨頻率的上升而下降,其余雷諾數(shù)下,流量都呈先上升后下降的趨勢(shì)。4)利用合成射流腔足夠大的激勵(lì)器進(jìn)行流場(chǎng)預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,Re為1000,頻率為100Hz時(shí),射流能量在距中心點(diǎn)60Da附近耗散完畢,所以合成射流腔的長(zhǎng)度應(yīng)該小于此長(zhǎng)度。各時(shí)刻的速度于50Da距離上趨于一致,說(shuō)明長(zhǎng)度設(shè)置為50Da能夠保證出流的穩(wěn)定。對(duì)距中心點(diǎn)不同距離的點(diǎn)沿徑向作一周期內(nèi)的速度統(tǒng)計(jì),將出口寬度設(shè)置為等于速度歸零點(diǎn),這樣能保證一個(gè)周期內(nèi)都不出現(xiàn)倒吸從而達(dá)到良好的性能。對(duì)這種方法進(jìn)行了驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明這種方法具有可參考性。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TH38
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 微泵
    1.3 壓電泵
        1.3.1 壓電泵工作原理
        1.3.2 無(wú)閥壓電泵國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 壓電泵的應(yīng)用
    1.5 壓電式合成射流微泵的研究必要性
    1.6 本文研究?jī)?nèi)容
        1.6.1 課題的來(lái)源與介紹
        1.6.2 本文主要內(nèi)容
第二章 合成射流理論
    2.1 合成射流工作原理
    2.2 合成射流激勵(lì)器
    2.3 合成射流形成條件
    2.4 合成射流特征
    2.5 本章小結(jié)
第三章 壓電式合成射流微泵的基礎(chǔ)理論
    3.1 微流動(dòng)
        3.1.1 微流動(dòng)定義
        3.1.2 流動(dòng)尺度
    3.2 壓電振子理論基礎(chǔ)
        3.2.1 壓電振子的模型
        3.2.2 振子的位移表達(dá)式
        3.2.3 壓電振子的仿真
        3.2.4 APDL的模擬結(jié)果
    3.3 結(jié)構(gòu)與原理
        3.3.1 壓電式合成射流微泵結(jié)構(gòu)及工作原理
        3.3.2 容積效率計(jì)算
    3.4 本章小結(jié)
第四章 壓電式合成射流微泵的內(nèi)流場(chǎng)與性能研究
    4.1 數(shù)值模擬
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 網(wǎng)格的劃分
        4.1.3 數(shù)值模擬求解設(shè)置
        4.1.4 邊界條件設(shè)置
        4.1.5 周期數(shù)設(shè)置
        4.1.6 時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置
        4.1.7 模擬方法可靠性的驗(yàn)證
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 微泵運(yùn)行分析
        4.2.2 噴管長(zhǎng)度對(duì)微泵性能的影響
        4.2.3 合成射流腔長(zhǎng)度對(duì)微泵性能的影響
        4.2.4 出口寬度對(duì)微泵性能的影響
        4.2.5 頻率對(duì)微泵性能的影響
    4.3 本章小結(jié)
第五章 壓電式合成射流微泵關(guān)鍵尺寸的確定方法
    5.1 確定關(guān)鍵尺寸的思路
    5.2 合成射流腔長(zhǎng)度的選擇
    5.3 出口寬度的選擇
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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