本文關(guān)鍵詞：附壁射流無閥壓電微泵流固耦合建模，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為解決壓電微泵流固耦合問題,準(zhǔn)確預(yù)測其性能,提出了一種針對附壁射流無閥壓電微泵的流固耦合模型。提出了帶有流體壓力載荷項的雙層結(jié)構(gòu)振子振動模型。依據(jù)彈性薄板小撓度彎曲理論,考慮到振子壓電陶瓷-彈性基板雙層結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出了帶有流體壓力載荷項的雙層結(jié)構(gòu)振子振動模型,并利用疊加原理將非齊次高階振動方程拆分為齊次貝塞爾方程和非齊次靜態(tài)方程分別進(jìn)行求解,得到了振子在電壓驅(qū)動和流體壓力載荷下的振子振幅及振子本身無徑向、周向節(jié)線的一階固有頻率。對空載壓電振子進(jìn)行了激光測振試驗,并將試驗結(jié)果與模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比。利用陽極鍵合封裝技術(shù)制作了硅基的附壁射流無閥壓電微泵。理論分析了該微泵的基本原理。利用數(shù)值模擬方法對該微泵流場進(jìn)行計算,詳細(xì)分析了該微泵的工作原理、工作過程以及附壁射流元件錐管角度、雷諾數(shù)、頻率等對微泵輸出性能及內(nèi)流特性的影響。搭建高速數(shù)碼攝像試驗臺,測量了樣泵進(jìn)出口瞬時流量,并將試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明該微泵利用附壁效應(yīng)造成的不對稱排出實現(xiàn)了流體定向泵送,微泵一周期內(nèi)存在吸入、未完全附壁和完全附壁三種工作狀態(tài)。泵腔射流是否完全附壁是影響微泵輸出性能的重要因素。適中的錐管角度(30°到45°)、高雷諾數(shù)和低頻率均有利于射流附壁。泵腔射流完全附壁情況下,該微泵容積效率可能突破50%;提出了附壁射流元件內(nèi)流體瞬態(tài)流動模型。用非定常伯努利方程描述微泵內(nèi)流體的能量,提出了含有非定常項的水頭損失形式和損失系數(shù)。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果提出了未完全附壁狀態(tài)進(jìn)口瞬時流量線性變化假設(shè)和完全附壁狀態(tài)下卷吸流量線性變化假設(shè),并確定了相應(yīng)系數(shù)。結(jié)合連續(xù)性方程和非定常伯努利方程,提出了附壁射流元件內(nèi)流體瞬態(tài)流動模型,數(shù)值模擬結(jié)果表明該流體瞬態(tài)流動模型能夠準(zhǔn)確估計泵腔壓力;提出了附壁射流無閥壓電微泵流固耦合模型,對樣泵性能進(jìn)行了預(yù)測并與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。對流固耦合模型進(jìn)行了迭代求解,討論了方程組解的收斂過程,提出了相應(yīng)的無量綱殘差和閾值。利用流固耦合模型對微泵性能進(jìn)行了預(yù)測,計算了壓電振子在濕模態(tài)下的一階無徑向或周向節(jié)線的固有頻率,并對該微泵特定工況下的瞬時壓力、泵腔流量、出口流量進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果顯示微泵最大流量頻率滯后于振子濕模態(tài)無徑向節(jié)線或周向節(jié)線的固有頻率。搭建微泵外特性測量試驗臺和激光測振試驗臺,對樣泵的輸出流量和最大振幅等進(jìn)行了測量,并與模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明該流固耦合模型能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測振子一階濕模態(tài)固有頻率附近的附壁射流無閥壓電微泵性能。
【關(guān)鍵詞】：流固耦合 無閥壓電微泵 附壁射流 壓電振子 動力學(xué)建模
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-20
• §1.1 微機(jī)電系統(tǒng)與微流體系統(tǒng)11
• §1.2 微泵11-16
• §1.3 研究意義16
• §1.4 無閥壓電微泵建模現(xiàn)狀16-19
• §1.5 研究內(nèi)容19-20
• 第2章 雙層結(jié)構(gòu)壓電振子振動模型20-36
• §2.1 壓電振子結(jié)構(gòu)20-21
• §2.2 彈性薄板理論基本假設(shè)21-23
• §2.3 本構(gòu)方程23-24
• §2.4 平衡方程與彎曲撓度24
• §2.5 振動方程與振子位移24-30
• §2.6 雙層結(jié)構(gòu)振子振動模型30-34
• §2.7 固有頻率34-35
• §2.8 本章小結(jié)35-36
• 第3章 附壁射流無閥壓電微泵內(nèi)部流動原理36-54
• §3.1 基本結(jié)構(gòu)36-39
• §3.2 基本原理39-41
• §3.3 數(shù)值模擬41-43
• §3.4 高速數(shù)碼攝像試驗43-45
• §3.5 內(nèi)流分析45-53
• §3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 附壁射流元件建模54-69
• §4.1 流阻形式54-59
• §4.2 未完全附壁流量估計59-64
• §4.3 完全附壁卷吸流量估計64-65
• §4.4 附壁射流元件瞬態(tài)流動模型65-68
• §4.5 本章小結(jié)68-69
• 第5章 性能預(yù)測與試驗69-81
• §5.1 流固耦合模型69-70
• §5.2 迭代求解70-71
• §5.3 收斂性判斷與閾值71-73
• §5.4 微泵性能預(yù)測73-76
• §5.5 試驗原理76-78
• §5.6 試驗結(jié)果78-79
• §5.7 本章小結(jié)79-81
• 第6章 總結(jié)與展望81-84
• §6.1 主要研究成果81-82
• §6.2 后續(xù)研究建議及展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 附錄89-97
• 致謝97-98
• 碩士期間發(fā)表論文情況98

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 平浚,賈炳煜;控制壓力流量對定常不可壓二元湍流附壁射流的影響[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;1986年04期

2 田勝元;李桂榮;;容器組焊全面通風(fēng)用周邊附壁射流的實驗研究[J];通風(fēng)除塵;1993年01期

3 田勝元;李桂榮;;容器組焊全面通風(fēng)用“周邊附壁射流”的實驗研究[J];暖通空調(diào);1993年03期

4 胡天群;柴恭純;鄭楚s

本文編號：255709