壓電式合成射流微泵的性能及設計方法研究.pdf

1、在機械式微泵中，由于壓電微泵的驅動方式簡單、可集成度較高、易于實現(xiàn)微型化，因此得到了廣泛的關注。隨著微流體技術的不斷發(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作為驅動方式，采用立體結構，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部流場特征、設計影響因素以及設計

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)展過程進行了梳理，簡要介紹合成射流技術，對壓電式合成射流微泵目前現(xiàn)狀進行總結概括;采用集總參數建模方法對合成射流器進行了建模分析，推導出了在膜片和噴口處的振動位移及速度表達式。
　　 2.提出所設計的新型壓電式合成射流微泵結構，闡述了該微泵的工作原理，通過對微泵的驅動元件——壓電振子的理論分析，得到壓電振子的位移表達式，采用APDL參數化語言

3、對三種類型的壓電振子進行有限元分析，選定性能較好的一個壓電振子作為微泵的驅動元件，確定了其振動位移函數。
　　 3.在確定合成射流激勵器結構的情況下，對設計的合成射流微泵進行數值模擬。首先對所選用的計算模型、控制方程和湍流模型進行了簡要介紹，然后確定了對膜片振動的數值模擬方法，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，最后進行了網格無關性分析。通過分析計算結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，對空氣和水兩種介質得到的計算結果進行了分析。
　　 4.提出合成射流微泵的較為準確詳細的設計準則。該設計準則是基于在合成射流激勵器流場的準確數值模擬基礎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，這種方法設計出的微泵出口流量最大且最穩(wěn)定。
　　 本文設計的微泵結構實現(xiàn)了流量的連續(xù)輸出，且提出的設計方法能