本文關(guān)鍵詞：基于合成射流原理的無閥氣體壓電泵的仿真分析和試驗研究

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【摘要】：微流體系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在生物、機器人和電子設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域。超小容積的應(yīng)用加速了健康監(jiān)測和生物學(xué)的研究并極大減少了分析時間和成本。在這些應(yīng)用中,微泵對于任何微流體系統(tǒng)至關(guān)重要并且在最近幾十年成為很有吸引力的課題。微泵大部分都是由壓電振子驅(qū)動,因為壓電振子具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、價格低廉等特點。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目的研究《壓電驅(qū)動流體動耦合軟體驅(qū)動器設(shè)計理論與關(guān)鍵技術(shù)究》(項目編號:51405189),設(shè)計并制作了基于合成射流原理的無閥氣體壓電泵(以下簡稱“無閥氣體壓電泵”),本無閥氣體壓電泵擁有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、無傳動件、易集成、易控制等特點,與合成射流激勵器相比具有較強的流動方向控制能力。對這種基于合成射流原理的無閥氣體壓電泵進行仿真分析和試驗研究,說明其工作原理并對相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行研究。利用ANSYS軟件建立壓電振子的有限元模型,對其進行模態(tài)分析、靜力學(xué)分析以及諧響應(yīng)分析,并在此基礎(chǔ)上進行實驗測試,得到壓電振子的輸出位移,為系統(tǒng)仿真分析提供支撐。對無閥氣體壓電泵的流體區(qū)域創(chuàng)建三維仿真模型,利用ICEM軟件對其進行網(wǎng)格劃分,使用CFX軟件,采用動網(wǎng)格技術(shù)對壓電振子的運動規(guī)律進行模擬,根據(jù)實際情況確定模型的初始條件、邊界類型、計算模型等條件。對CFX的仿真結(jié)果進行討論,通過對無閥氣體壓電泵一個工作周期中不同時刻的流線圖、矢量圖的分析,詳細說明該泵的工作原理;對無閥氣體壓電泵流量影響較大的四個參數(shù)—容腔高度、泵腔高度、射流孔直徑、出口直徑進行仿真對比分析,探索這些參數(shù)對流量的影響規(guī)律,作為壓電泵的試制及試驗參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。設(shè)計制作無閥氣體壓電泵的試驗樣機,搭建試驗測試系統(tǒng),采用皂膜式電子流量計測量無閥氣體壓電泵的氣體流量,在激勵電壓為120V,頻率變化范圍為40Hz~400Hz的條件下,選取對流量影響較大的四個參數(shù)—容腔高度、泵腔高度、射流孔直徑、出口直徑進行對比試驗,考察相關(guān)參數(shù)對無閥氣體壓電泵流量的影響規(guī)律,驗證了本文所設(shè)計的基于合成射流原理的無閥氣體壓電泵的結(jié)構(gòu)可行性及工作原理的有效性。
【關(guān)鍵詞】：合成射流 無閥氣體壓電泵 仿真 試驗 壓電振子
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(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
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 壓電泵的分類12-13
• 1.3 有閥壓電泵簡介13-14
• 1.4 無閥壓電泵的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5 本文的研究意義及主要內(nèi)容17-20
• 第2章 圓形壓電振子的性能分析20-28
• 2.1 壓電材料基礎(chǔ)理論20
• 2.2 壓電材料分類、性能及選用20-21
• 2.3 壓電效應(yīng)21-23
• 2.4 壓電陶瓷性能參數(shù)23-24
• 2.5 圓形壓電振子力學(xué)模型24-26
• 2.6 本章小結(jié)26-28
• 第3章 圓形壓電振子的仿真分析及實驗28-40
• 3.1 圓形壓電振子有限元模型的建立28-31
• 3.1.1 仿真時所用相關(guān)參數(shù)28-29
• 3.1.2 壓電振子幾何模型的建立以及網(wǎng)格劃分29-30
• 3.1.3 施加約束載荷30-31
• 3.2 圓形壓電振子的仿真分析31-35
• 3.2.1 模態(tài)分析31-33
• 3.2.2 靜力學(xué)分析33-35
• 3.2.3 諧響應(yīng)分析35
• 3.3 圓形壓電振子實驗35-39
• 3.3.1 圓形壓電振子中心點振幅實驗測試35-38
• 3.3.2 無閥氣體壓電泵的諧振頻率測試38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 基于合成射流原理的無閥氣體壓電泵的仿真分析40-56
• 4.1 合成射流原理介紹40-41
• 4.2 本文中無閥氣體壓電泵的結(jié)構(gòu)及其工作原理41-43
• 4.2.1 無閥氣體壓電泵的結(jié)構(gòu)41-42
• 4.2.2 無閥氣體壓電泵的工作原理42-43
• 4.3 流體有限元模型的建立43-44
• 4.4 CFX流體仿真模型的求解設(shè)置44-47
• 4.5 無閥氣體壓電泵工作原理仿真47-51
• 4.6 仿真對比結(jié)果分析51-54
• 4.7 本章小結(jié)54-56
• 第5章 無閥氣體壓電泵的試驗研究56-68
• 5.1 無閥氣體壓電泵的制作56-57
• 5.2 搭建流量測試系統(tǒng)57-58
• 5.3 無閥氣體壓電泵的基本性能測試58-60
• 5.4 無閥氣體壓電泵流量的試驗研究60-67
• 5.4.1 容腔高度對無閥氣體壓電泵流量的影響60-62
• 5.4.2 泵腔高度對無閥氣體壓電泵流量的影響62-64
• 5.4.3 射流孔直徑對無閥氣體壓電泵流量的影響64-65
• 5.4.4 出口直徑對無閥氣體壓電泵流量的影響65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 本文結(jié)論68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻70-76
• 作者簡介及攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果76-78
• 致謝78-79

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