發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 14:04

【摘要】：收縮管/擴(kuò)張管型無閥壓電微泵可以實(shí)現(xiàn)微小流量流體的精確輸運(yùn),是微流控系統(tǒng)的重要組成部分。由于具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),無閥壓電微泵在微機(jī)電系統(tǒng)、醫(yī)療器械和生化工程等領(lǐng)域具有越來越廣闊的應(yīng)用前景。但是當(dāng)無閥微泵中出現(xiàn)氣泡和氣穴時(shí),無閥微泵的工作性能和使用壽命大大降低,甚至無法正常工作,這已經(jīng)成為無閥微泵的一個(gè)難題。因此本課題研究存在氣泡和氣穴時(shí)無閥微泵的動(dòng)態(tài)特性是十分必要的。 利用流體力學(xué)基本理論以及液體中氣泡和氣穴產(chǎn)生機(jī)理建立了存在氣泡和氣穴時(shí)無閥微泵動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。同時(shí)基于液體中氣體的溶解和析出物理過程,提出了氣泡和氣穴體積計(jì)算數(shù)學(xué)模型。此外基于錐管的特點(diǎn),分別給出了收縮管和擴(kuò)張管的流量方程和阻力系數(shù)計(jì)算表達(dá)式。 利用等徑液壓直管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)壓力脈動(dòng)過程,對(duì)氣泡和氣穴數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。建立了壓力脈動(dòng)過程中存在氣泡和氣穴時(shí)管路瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型,包括基本方程和摩擦阻力項(xiàng)。采用有限差分法對(duì)液壓管路中存在氣泡和氣穴的瞬態(tài)過程進(jìn)行仿真。利用兩個(gè)壓電式壓力傳感器記錄所在位置的瞬態(tài)壓力脈動(dòng)值,并采用高速攝像機(jī)拍攝氣泡和氣穴產(chǎn)生及破滅過程,從而驗(yàn)證氣泡和氣穴數(shù)學(xué)模型的正確性。 采用遺傳算法(Genetic Algorithms, GAs),利用管路瞬態(tài)仿真及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)氣泡模型中三個(gè)未知參數(shù)即初始?xì)馀蒹w積V_(ib)、氣體溶解時(shí)間常數(shù)τ_(in)和氣體析出時(shí)間常數(shù)τ_(out)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。 基于無閥微泵動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,在同時(shí)考慮氣穴產(chǎn)生和破滅過程以及氣泡溶解和析出過程的情況下,對(duì)存在氣泡和氣穴時(shí)微泵動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究。分析了不同錐管尺寸、不同泵腔尺寸、不同振動(dòng)幅值和頻率以及不同初始?xì)馀蒹w積對(duì)存在氣泡和氣穴時(shí)微泵動(dòng)態(tài)特性的影響,包括泵腔壓力、出口流量、出口累積流量、氣穴體積和氣泡體積的變化。采用有限元分析方法分析了振動(dòng)薄膜的特性,包括薄膜最大體積變形量、薄膜剛度和最佳工作頻率。 對(duì)收縮管/擴(kuò)張管型無閥壓電微泵進(jìn)行了試驗(yàn)研究,包括微泵性能測(cè)試、泵腔壓力脈動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)試和泵腔中氣泡的觀測(cè)等,并提出了修正后的薄膜最大體積變形量計(jì)算方法。其中微泵的性能測(cè)試包括出口流量和背壓測(cè)試。采用安裝在泵腔上的壓阻式微型壓力傳感器完成微泵泵腔壓力脈動(dòng)測(cè)試。同時(shí),采用高速攝像機(jī)拍攝泵腔中氣泡的變化,包括移動(dòng)、分離和合并等過程,以驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型和仿真方法的正確性和可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH137.51

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李汝寧;何勇靈;;基于遺傳算法的柴油機(jī)噴油系統(tǒng)模型參數(shù)辨識(shí)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

2 何勇靈;李汝寧;;氣泡模型在噴油系統(tǒng)模型仿真中的應(yīng)用[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2011年03期

3 李汝寧;何勇靈;馮興;;氣液兩相條件下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)建模[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 蘇文海;直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及其控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 劉吉曉;無閥微流控閉環(huán)調(diào)焦系統(tǒng)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 楊業(yè)海;高機(jī)動(dòng)性越野車油氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D];吉林大學(xué);2012年

3 夏俊超;激光沖擊波驅(qū)動(dòng)無閥微泵的研制[D];華中科技大學(xué);2013年

4 王浩;壓電驅(qū)動(dòng)式胰島素泵的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2768943