發(fā)布時間：2020-11-18 20:31

　　 隨著信息時代的到來,集成化、微型化成為了眾多行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。壓電泵作為微流體系統(tǒng)中的關(guān)鍵驅(qū)動部件一直備受關(guān)注,依靠本領(lǐng)域研究人員的努力以及微機電系統(tǒng)的迅速發(fā)展,目前正日趨成熟。但壓電泵依然存在著一些嚴重的不足,如有閥壓電泵本身閥結(jié)構(gòu)的存在很大程度上就限制了其應用,而傳統(tǒng)無閥壓電泵無法連續(xù)出流且流量較低。為此,本文提出了一種壓電驅(qū)動型合成射流微泵,兼具結(jié)構(gòu)簡單易于微型化集成化、大流量低脈動連續(xù)輸出的優(yōu)點。為了對這種新型微泵進行深入研究,主要進行了以下幾方面的研究工作:1)對微流體系統(tǒng)中關(guān)鍵驅(qū)動部件微泵進行了分類和總結(jié),歸納了各自的工作原理及優(yōu)缺點,結(jié)論是基于合成射流的無閥微泵具有其特殊優(yōu)勢,但目前研究較少,且集中于氣體介質(zhì)下的外特性研究。2)提出了一種用于輸送液體的新型微泵,描述了其運行原理。對驅(qū)動部件壓電振子進行了理論分析,并使用參數(shù)化設(shè)計語言對選用的壓電振子進行了仿真。結(jié)果表明振子中心處位移最大,沿半徑方向呈近似拋物線型;其余因素相同情況下激勵電壓越大,振子位移越大。3)利用數(shù)值模擬的方法來仿真微泵的運行。使用SST湍流模型進行計算并與其他研究者的實驗數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)是可靠的。選定合理的模擬設(shè)置并進行了計算,發(fā)現(xiàn)這種微泵的運行情況與合成射流理論相符合,內(nèi)流場符合合成射流特征,且能夠大流量連續(xù)出流,這進一步驗證了數(shù)值模擬方法的可靠性。接著探究了各項關(guān)鍵參數(shù)對微泵外特性的影響,并利用對內(nèi)流場的詳細分析得出了其中的影響機理。分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴管長度對微泵外特性影響很小;在合成射流腔出口寬度設(shè)置為15Da,雷諾數(shù)為1000時,長度設(shè)置為30Da時流量最大為5.954ml/min;當長度為40Da,雷諾數(shù)為500和1000時,出口寬度設(shè)置為15Da流量最大,而當雷諾數(shù)大于1000后,出口為8Da時流量最大;雷諾數(shù)為500時流量隨頻率的上升而下降,其余雷諾數(shù)下,流量都呈先上升后下降的趨勢。4)利用合成射流腔足夠大的激勵器進行流場預測。結(jié)果表明,Re為1000,頻率為100Hz時,射流能量在距中心點60Da附近耗散完畢,所以合成射流腔的長度應該小于此長度。各時刻的速度于50Da距離上趨于一致,說明長度設(shè)置為50Da能夠保證出流的穩(wěn)定。對距中心點不同距離的點沿徑向作一周期內(nèi)的速度統(tǒng)計,將出口寬度設(shè)置為等于速度歸零點,這樣能保證一個周期內(nèi)都不出現(xiàn)倒吸從而達到良好的性能。對這種方法進行了驗證,仿真結(jié)果表明這種方法具有可參考性。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH38
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 微泵
    1.3 壓電泵
        1.3.1 壓電泵工作原理
        1.3.2 無閥壓電泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 壓電泵的應用
    1.5 壓電式合成射流微泵的研究必要性
    1.6 本文研究內(nèi)容
        1.6.1 課題的來源與介紹
        1.6.2 本文主要內(nèi)容
第二章 合成射流理論
    2.1 合成射流工作原理
    2.2 合成射流激勵器
    2.3 合成射流形成條件
    2.4 合成射流特征
    2.5 本章小結(jié)
第三章 壓電式合成射流微泵的基礎(chǔ)理論
    3.1 微流動
        3.1.1 微流動定義
        3.1.2 流動尺度
    3.2 壓電振子理論基礎(chǔ)
        3.2.1 壓電振子的模型
        3.2.2 振子的位移表達式
        3.2.3 壓電振子的仿真
        3.2.4 APDL的模擬結(jié)果
    3.3 結(jié)構(gòu)與原理
        3.3.1 壓電式合成射流微泵結(jié)構(gòu)及工作原理
        3.3.2 容積效率計算
    3.4 本章小結(jié)
第四章 壓電式合成射流微泵的內(nèi)流場與性能研究
    4.1 數(shù)值模擬
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 網(wǎng)格的劃分
        4.1.3 數(shù)值模擬求解設(shè)置
        4.1.4 邊界條件設(shè)置
        4.1.5 周期數(shù)設(shè)置
        4.1.6 時間步長設(shè)置
        4.1.7 模擬方法可靠性的驗證
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 微泵運行分析
        4.2.2 噴管長度對微泵性能的影響
        4.2.3 合成射流腔長度對微泵性能的影響
        4.2.4 出口寬度對微泵性能的影響
        4.2.5 頻率對微泵性能的影響
    4.3 本章小結(jié)
第五章 壓電式合成射流微泵關(guān)鍵尺寸的確定方法
    5.1 確定關(guān)鍵尺寸的思路
    5.2 合成射流腔長度的選擇
    5.3 出口寬度的選擇
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間研究成果

【參考文獻】

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本文編號：2889173