本文選題：共振 + 合成射流　； 參考：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：合成射流氣體壓電泵作為一種新型微小氣體壓電泵,利用合成射流原理形成氣體的泵送,廣泛應用于主動散熱、氣體供應及動力驅動等場合,具有微型化、結構簡單、壽命長、效率高且便于數字化控制的特點,可廣泛應用到LED、通信設備、汽車電子、計算機、太陽能及家用電器等產品中器件的散熱。本文結合國家自然科學基金項目《壓電驅動流體動耦合軟體驅動器設計理論與關鍵技術研究》(項目編號:51405189)展開研究,提出一種共振式合成射流氣體壓電泵。該壓電泵應用合成射流原理,將壓電振子的振動與開有射流孔薄片結構的振動相結合,使整個系統(tǒng)產生共振,形成對氣體的推送,具有體積小、流量大的優(yōu)點。共振式合成射流氣體壓電泵主要有單振子和雙振子兩種結構,單振子結構只需要一個振子驅動,能耗低、結構簡單;雙振子結構利用兩個振子驅動,開有射流孔的振子振動可控,輸出能力強,流量更大。本文的具體研究內容如下:共振式合成射流氣體壓電泵的結構中,普通圓形單晶片壓電振子和中心帶孔的圓形單晶片壓電振子是核心驅動部件,由ANSYS進行這兩種振子的模態(tài)和靜力學仿真可以指導實驗中工作頻率范圍的選擇。經過比較,選取普通壓電振子的一階振型,其固有頻率為4281.9Hz;中心帶孔壓電振子同樣選取一階振型,其固有頻率為3992.7Hz。最后對兩種振子進行不同頻率下振幅測量,測量結果作為雙振子結構流固耦合仿真中激勵施加的依據。單振子共振式合成射流氣體壓電泵采用一個振子進行驅動,銅片受迫振動。對單振子結構進行實驗研究,得出四個參數:空腔高0.8mm,泵腔高0.3mm,射流孔直徑0.7mm,出氣孔直徑1.0mm時,頻率3.9KHz,流量達到1226ml/min。對單振子結構進行銅片和振子位移的測量,得出銅片和振子的位移曲線均為正弦且兩者具有一定的相位差。使用多物理場仿真軟件進行雙振子共振式合成射流氣體壓電泵的仿真分析,應用流固耦合接口,對空氣流場、空氣流速和出氣孔流量進行分析,得到空氣的具體運動情況。在共振頻率附近,對空腔高、泵腔高、射流孔直徑和出氣孔直徑四個參數進行參數化分析,得出空腔高和射流孔直徑對流量的影響較大。對雙振子共振式合成射流氣體壓電泵進行實驗分析,主要研究參數對流量影響和振子位移測量。研究四個參數對流量的影響,當空腔高為0.6mm,泵腔高為0.3mm,射流孔直徑為0.8mm,出氣孔直徑為1.0mm,在頻率3.9KHz下流量可以達到1511ml/min,對比單振子結構流量提高了23%。測量雙振子結構中兩個振子的位移,位移曲線表明兩個振子在相同激勵下沒有相位差。對比單振子結構中銅片和振子的位移曲線,雙振子結構中的中心帶孔振子振幅較小,但雙振子結構的流量卻增大,說明消除相位差可以提高流量。
[Abstract]:As a new type of micro gas piezoelectric pump, synthetic jet pump is widely used in active heat dissipation, gas supply and power drive. It has the advantages of miniaturization, simple structure and long life. Because of its high efficiency and convenient digital control, it can be widely used in LED, communication equipment, automobile electronics, computer, solar energy and household appliances. In this paper, a resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is proposed, which is based on the National Natural Science Foundation of China, "Research on the Design Theory and key Technology of piezoelectric hydrodynamic Coupling soft driver" (item No.: 51405189). The piezoelectric pump applies the principle of synthetic jet to combine the vibration of piezoelectric vibrator with the vibration of thin slice structure with a jet hole, which makes the whole system produce resonance and form the push of gas, which has the advantages of small volume and large flow rate. The resonant synthetic jet gas piezoelectric pump has two kinds of structures: single oscillator and double oscillator. The single oscillator structure needs only one oscillator to drive, the energy consumption is low, the structure is simple, and the dual oscillator structure is driven by two oscillators. The vibration of the vibrator with a jet hole is controllable, the output capacity is strong, and the flow rate is larger. The main contents of this paper are as follows: in the structure of the resonant synthetic jet gas piezoelectric pump, the common circular single crystal wafer piezoelectric oscillator and the central circular single crystal slice piezoelectric oscillator are the core driving components. The modal and static simulation of the two oscillators by ANSYS can guide the selection of operating frequency range in the experiment. Through comparison, the first order mode of ordinary piezoelectric oscillator is selected, its natural frequency is 4281.9 Hz, and the first order mode with central hole is also selected, its natural frequency is 3992.7Hz. Finally, the amplitude of the two oscillators is measured at different frequencies, and the measured results are used as the basis for the excitation in the fluid-solid coupling simulation of the two-oscillator structure. Single oscillator resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is driven by a vibrator and the copper sheet is forced to vibrate. Four parameters are obtained: the cavity height is 0.8mm, the pump cavity height is 0.3mm, the jet hole diameter is 0.7mm, and the frequency is 3.9kHz when the air hole diameter is 1.0mm, and the flow rate is 1226ml / min. The displacement curves of copper plates and oscillators are sinusoidal and there is a certain phase difference between them. The multi-physical field simulation software is used to simulate and analyze the two-vibrator resonant jet gas piezoelectric pump. By using the fluid-solid coupling interface, the air flow field, air velocity and outlet flow rate are analyzed, and the specific movement of the air is obtained. In the vicinity of resonance frequency, the parameters of cavity height, pump cavity height, jet hole diameter and orifice diameter are analyzed. It is concluded that the influence of cavity height and jet hole diameter on the flow rate is greater. In this paper, the experimental analysis of the dual oscillator resonant synthetic jet gas piezoelectric pump is carried out. The influence of the parameters on the flow rate and the measurement of the displacement of the vibrator are studied. The influence of four parameters on the flow rate is studied. The cavity height is 0.6 mm, the pump cavity height is 0.3 mm, the diameter of the jet hole is 0.8 mm, the diameter of the outlet hole is 1.0 mm, and the flow rate can reach 1511ml / min at the frequency of 3.9 kHz. The displacement of two oscillators in a double oscillator structure is measured. The displacement curve shows that there is no phase difference between the two oscillators under the same excitation. Compared with the displacement curves of copper plates and oscillators in a single oscillator structure, the amplitude of the center hole oscillator in the double oscillator structure is smaller, but the flow rate of the double oscillator structure increases, which indicates that eliminating the phase difference can increase the flow rate.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH38

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本文編號：2071589