“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部件閥要么結(jié)構(gòu)復雜,要么會產(chǎn)生大范圍的渦旋,因而不適合應用在醫(yī)療、衛(wèi)生、保健等領域進行含有活體細胞或長鏈高分子細胞的液體的輸送。為克服與避免這些缺點,本文提出了一種新型的壓電泵——"Y"形流管無閥壓電泵,并對其進行了理論,模擬及試驗研究。 "Y"形流管無閥壓電泵采用一對三通形的流管——"Y"形流管作為其無移動部件閥,因而具有結(jié)構(gòu)簡單,加工制作方便,易于微小化的特點。而且"Y"形流管無閥壓電泵工作時

2、,其泵腔及流管內(nèi)部流場速度、壓強變化很小,產(chǎn)生的渦旋區(qū)域也很小,因此能滿足上述需要。 1.對壓電振子的振動特性進行了理論研究,建立了壓電振子振動固有頻率及最大振幅的計算公式,并將理論結(jié)果與實測值及有限元模擬值進行了比較。比較結(jié)果表明：理論計算頻率在廠家的實測頻率范圍之內(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)對其振動特性的

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

4、的流體流場對含有活體細胞及長鏈高分子細胞的液體的傳送基本無影響。 3.實際制作了"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。試驗結(jié)果表明：實驗泵流量與理論泵流量變化趨勢一致,兩者最小相對誤差為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出口壓差隨支管夾角增大而減小,并且當支管寬接近主