鱼尾式无阀压电泵的研究

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压电泵是一种流体力学原理和压电技术相结合而产生的新型的泵。相对于传统的泵,压电泵的集成度更高,结构简单,流量控制精确并且电磁污染较小。近年来,无阀压电泵的研究与开发真可谓是方兴未艾,新进展也是此起彼伏。研究者为实现体积更小、结构更简单、输出更强的MEMS领域应用的目标正在进行着不懈的努力。利用仿生原理而提出的既不属于容积形也不属于回转形的仿鱼尾摆动式无阀压电泵,是同绝大多数研究者所关注的鱼尾摆动鱼游向前方的游动特点进行了反向思维的结果。倘若鱼静止而鱼尾仍持续摆动则水将流向鱼的后方,此时鱼尾摆动就事实上实现了无阀泵的功能。这样就为无阀压电泵的研究开辟了崭新的空间。   本研究提出了仿鱼尾摆动式无阀压电泵,并设计了长度变化的矩形压电振子和倾角变化的梯形压电振子。首先,依据摆动振子与流体之间的相互作用对这两种形状的压电振子进行了流体动力学原理解析,得到了驱动频率与泵流量之间的关系式;然后,分别对矩形和梯形振子进行了一阶、二阶摆动振子在空气中和在水中的有限元数值模拟计算。在驱动电压为250V,振子在一阶弯振平均最大振幅约为0.9mm,二阶弯振的平均最大振幅约为0.22mm;并且对矩形和梯形的压电振子进行了基于Fluent的流体仿真计算,得到了两组振子工作在一阶和二阶弯振时泵腔内的流场分布和流量曲线。同时进行了矩形和梯形压电振子的多普勒激光测振仪的测振测试;最后,进行了不同驱动频率下的仿鱼尾摆动式无阀压电泵泵流量试验,得到在250V驱动电压下,摆动振子在一阶弯振的平均最人振幅约为0.90mm,泵流量达到了3.0ml/mim;二阶弯振的平均最大振幅约为0.25mm,泵流量达到了12.8ml/min。试验证明了理论分析的正确性与实施方案的可行性。
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