基于數(shù)值模擬的三通擴(kuò)散-收縮管無(wú)閥壓電泵設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、無(wú)閥壓電泵是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)制成的壓電振子的機(jī)械振動(dòng)實(shí)現(xiàn)流體輸送，且泵體中沒(méi)有可動(dòng)閥體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和微型化，可用作微流體系統(tǒng)的流體驅(qū)動(dòng)部件，在航空航天、醫(yī)療器械、生物基因工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 本文首先對(duì)壓電振子和無(wú)閥壓電泵的工作原理進(jìn)行介紹，以擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵為例，對(duì)擴(kuò)散/收縮管中的流動(dòng)情況進(jìn)行理論分析，得到了流管的流動(dòng)特性；分析泵內(nèi)的流動(dòng)情況，得到其流量和容積效率的計(jì)算表達(dá)式。
　　

2、 針對(duì)傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵容積效率低，流量小，無(wú)法滿足小體積大流量應(yīng)用要求的缺點(diǎn)，本文提出一種新型的三通擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵，該泵是對(duì)傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)。應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)三通擴(kuò)散/收縮管和傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管中流動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明與傳統(tǒng)擴(kuò)散/收縮管相比，三通擴(kuò)散/收縮管反向流阻系數(shù)與正向流阻系數(shù)比值λ較高，可提高無(wú)閥壓電泵的容積效率。利用數(shù)值計(jì)算方法分析不同雷諾數(shù)下三通擴(kuò)散/收縮管的幾個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)(匯流管

3、管口圓角半徑、分流管長(zhǎng)度、分流管夾角角度、分流管錐角角度和分流管寬度)對(duì)流管流阻的影響，為三通擴(kuò)散/收縮管的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
　　 壓電泵運(yùn)行涉及電場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、流場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)的相互作用，是一個(gè)復(fù)雜的多場(chǎng)耦合系統(tǒng)?？紤]到壓電泵中的壓電效應(yīng)和流固耦合，應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)三通擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)振子的影響及振子變化對(duì)泵內(nèi)三維空間內(nèi)流體流動(dòng)的影響，繪制出該泵的流量-背壓曲線并