發(fā)布時間：2017-12-30 23:17

  本文關(guān)鍵詞：非對稱流道無閥壓電泵的理論與試驗研究　出處：《吉林大學(xué)》2011年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：壓電泵從本質(zhì)上來說是一種利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)來進(jìn)行驅(qū)動的新型驅(qū)動器。壓電泵作為MEMS技術(shù)成長的一個重要方面,其所具備的體積微小、精度高、響應(yīng)快速等優(yōu)點,在醫(yī)療制藥、生物工程、化學(xué)分析等高科技尖端領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景,現(xiàn)有的壓電泵有無閥型和有閥型兩大類,其中無閥型壓電泵依靠了進(jìn)口、出口形成的相對流體阻力差而實現(xiàn)流體的單向運動。目前研究最多的是基于錐管的無閥壓電泵結(jié)構(gòu),本文提出了將出入口采用不同的流道結(jié)構(gòu),改變流道的阻尼系數(shù),提高無閥壓電泵流動的整體性能。 本文主要的研究內(nèi)容如下： 1、壓電泵的研究現(xiàn)狀、發(fā)展與應(yīng)用 通過研究國內(nèi)外壓電泵的發(fā)展趨勢,以及無閥壓電泵自身的發(fā)展歷程,發(fā)現(xiàn)無閥壓電泵不僅實現(xiàn)了壓電泵的高效率的做功,同時相比有閥壓電泵去掉了機(jī)械式往復(fù)調(diào)節(jié)流體方向的單向閥,進(jìn)一步拓寬了泵的工作頻率,同時也避免了因為單向閥往復(fù)做功而帶來閥的磨損和對腔體的破壞,同時還可以輸送顆粒狀的流體。無閥壓電泵的簡單的結(jié)構(gòu),易于微型化的特點使其在MEMS技術(shù)中有著持久的潛力。本文提出的新型無閥壓電泵,巧妙地利用了泵腔內(nèi)部空間,壓縮了泵的體積,利用非對稱流道的設(shè)置,與壓電振子和腔體共同作用下實現(xiàn)流體的單向流動。該結(jié)構(gòu)省略了安裝于泵腔之外的液體流動方向控制裝置,更容易實現(xiàn)無閥壓電泵微小型化 2、壓電振子工作特性分析 設(shè)計的非對稱流道無閥壓電泵是基于逆壓電效應(yīng)的原理,采用PZT壓電陶瓷材料,并選用了圓形壓電振子作為壓電泵的驅(qū)動器,選擇了壓電振子的LE模態(tài),采用了壓電振子周邊固定的支撐方式,根據(jù)非對稱流道無閥泵工作狀態(tài)需要保持長期穩(wěn)定的重要特點,采用了較為平穩(wěn)的正弦波信號,測試了驅(qū)動電壓和頻率對壓電振子變形量的影響,為了保持泵的穩(wěn)定性,泵的驅(qū)動電壓初步選定為60-130v之間,頻率初步選定為20-130Hz。 3、非對稱流道無閥壓電泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究 分析了對稱流道無閥壓電泵的工作原理,同時分析了非對稱流道與對稱流道工作原理的差異,并對上述存在的流道的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,對管道流動中細(xì)長孔的流動狀態(tài)進(jìn)行了判別,對非對稱流道無閥壓電泵的流體的具體的運動狀態(tài)(即層流和紊流)進(jìn)行了劃分,并且考慮了流體流動過程的沿程損失和局部損失,以此作為非對稱流道無閥壓電泵的設(shè)計基礎(chǔ),初步設(shè)計了各部件的結(jié)構(gòu)尺寸,對于泵的進(jìn)出水口的直徑進(jìn)行了理論設(shè)計,并且推導(dǎo)了泵的理論輸出流量和理論輸出壓力,最后對泵的自吸能力進(jìn)行了研究。 4、利用ANSYS-CFD模塊對非對稱流道無閥壓電泵腔內(nèi)流體仿真分析 利用/ANSYS軟件建立了非對稱流道無閥壓電泵腔體的三維計算模型,通過CFD模塊對腔內(nèi)流體工作特性進(jìn)行仿真分析,首先仿真對稱錐管流道內(nèi)的層流狀態(tài)流體的速度矢量圖以及腔體內(nèi)的壓力分布圖；同時仿真對稱錐管流道內(nèi)的湍流狀態(tài)流體的速度矢量圖以及腔體內(nèi)的壓力分布圖；需要研究非對稱V-錐流道無閥壓電泵的湍流狀態(tài)流體的速度矢量圖以及腔體內(nèi)的壓力分布圖 5、非對稱無閥壓電泵樣機(jī)制作與試驗研究 制作了非對稱流道無閥壓電泵和對稱流道無閥壓電泵樣機(jī),將非對稱流道無閥壓電泵和對稱流道無閥壓電泵分別進(jìn)行了對比試驗,采用了保持其它變量不變,實行單因子變量控制的方式,進(jìn)行三類無閥泵的比較：改變了泵的驅(qū)動電壓、驅(qū)動頻率和腔體厚度依次進(jìn)行對比試驗測量了相關(guān)的數(shù)據(jù)：分別研究了頻率變化對三種無閥壓電泵的流量和輸出壓力的影響；驅(qū)動電壓變化對三種無閥壓電泵的流量和輸出壓力的影響；腔體厚度變化對三種無閥壓電泵的流量和輸出壓力的影響。
[Abstract]:The piezoelectric pump is a new kind of driver driven by piezoelectric ceramic inverse piezoelectric effect . The piezoelectric pump has the advantages of small volume , high precision , quick response , etc . The main contents of this paper are as follows : 1 . Research status , development and application of piezoelectric pump By studying the development trend of the piezoelectric pump at home and abroad , and the development course of the valve - free piezoelectric pump , it is found that the non - valve piezoelectric pump not only realizes the high - efficiency work of the piezoelectric pump , but also eliminates the abrasion of the valve due to the reciprocating work of the one - way valve and the damage to the cavity . 2 . Analysis of working characteristics of piezoelectric vibrator Based on the principle of the inverse piezoelectric effect , the design of the asymmetric flow channel non - valve piezoelectric pump adopts PZT piezoelectric ceramic material , and selects the piezoelectric vibrator as the driver of the piezoelectric pump . The LE mode of the piezoelectric vibrator is selected , and the influence of the driving voltage and the frequency on the deformation amount of the piezoelectric vibrator is tested according to the working state of the asymmetric flow channel . In order to maintain the stability of the pump , the driving voltage of the pump is preliminarily selected to be between 60 and 130v , and the frequency is preliminarily selected to be 20 - 130Hz . Structure Design and Research of 3 銆，

本文編號：1356975